3D-Printed triboelectric nanogenerators for animal tracking
3B Baskılı triboelektrik nanojeneratörler ile hayvan takibi
- Tez No: 1024225
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Triboelektrik nanojeneratörler, Triboelectric nanogenerators
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hayvan takip tasmaları, evcil hayvan güvenliğinden yaban hayatının korunmasına ve hassas çiftçiliğe kadar pek çok uygulama alanında vazgeçilmez araçlar haline gelmiştir. Yaygın kullanımlarına karşın, mevcut tüm takip sistemleri pil gücüne dayanmakta ve operasyonel ömürleri pilin sınırlı enerji kapasitesi tarafından kısıtlanmaktadır. Ticari tasma sistemlerini karakterize eden iki temel verimsizlik bulunmaktadır: pille çalışan hareket sensörlerinin sürekli güç tüketimi ve hayvanın hareketsiz olduğu dönemlerde gereksiz konumlama olayları üreten zaman tabanlı GPS aktivasyonu. Bu çalışmada, söz konusu her iki sorunu da ele almak amacıyla tasma tasarımına entegre edilmiş, 3 boyutlu baskılı bir triboelektrik nanojeneratör (TENG) sistemi önerilmektedir. Tasma, triboelektrik pozitif malzeme olarak polilaktik asit (PLA) ve serbest duran modda triboelektrik negatif temas malzemeleri olarak PTFE bilyelerin kullanılmasıyla ergitme yığma modellemesi yöntemiyle üretilmiştir. Tek birim düzeyinde optimize edilen parametreler arasında triboelektrik pozitif malzeme, bilye sayısı, elektrot aralığı ve alt tabaka kalınlığı yer almaktadır. Optimize edilmiş dört paketlik yapı, 400 MΩ empedans eşleşmeli yük altında 25 μW/cm3 güç yoğunluğuyla birlikte 2 Hz frekansta yaklaşık 110 V açık devre voltajı ve 0,8 μA kısa devre akımı üretmiştir. Bir köpek üzerinde gerçekleştirilen saha testi, TENG sinyallerinden elde edilen bilginin doğru aktivite tanıma için yeterli olduğunu doğrulamıştır. Yavaş yürüme, arama ve koşma davranışları, zaman ve frekans alanı özelliklerinden elde edilen verilerle eğitilmiş bir torbalı karar ağacı topluluğu sınıflandırıcısı yardımıyla %94,8 doğrulukla tanımlanmıştır. Triboelektrik çıkışın şarj ettiği bir kondansatör eşiğiyle tetiklenen GPS aktivasyon döngüsü tasarlanmış olup GPS, sabit bir zaman çizelgesi yerine yalnızca hayvanın hareketi algılandığında etkinleştirilmektedir. Hareketsizlik dönemlerinde gereksiz konumlamayı ortadan kaldıran bu hareket-tetiklemeli döngü sayesinde, tasarımın pil ömrünü temsili bir günlük aktivite düzeyinde 35 saatten yaklaşık 180 güne uzatacağı öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Animal tracking collars have become indispensable tools across applications ranging from pet safety to wildlife conservation and precision livestock farming. Despite their widespread use, all existing tracking systems depend on batteries, making their operational lifetime inherently limited by finite energy storage capacity. Two major inefficiencies characterize commercial collars: the continuous power consumption of battery-powered motion sensors and the periodic activation of GPS modules, which results in unnecessary position updates during periods of inactivity. In this study, a 3D-printed triboelectric nanogenerator (TENG) integrated tracking collar is proposed to simultaneously address both challenges. The collar was fabricated using fused deposition modeling (FDM) with polylactic acid (PLA) serving as the tribopositive material and polytetrafluoroethylene (PTFE) marbles acting as tribonegative counterparts operating in the free-standing mode. Single-unit optimization was performed by varying the tribopositive material, the number of marbles, electrode spacing, and the bottom layer thickness. The optimized four-unit configuration yielded an open circuit voltage of approximately 110 V and a short-circuit current of 0.8 µA at a frequency of 2 Hz, together with a power density of 25 µW/cm³ at an impedance-matched load of 400 MΩ. Field tests conducted on a dog demonstrated that the TENG generated signals were sufficient for accurate activity recognition. Using a bagged decision-tree ensemble classifier based on extracted time and frequency domain features, slow walking, searching, and running behaviors were recognized with an accuracy of 94.8%. A voltage threshold triggered GPS duty-cycling scheme was implemented, whereby the capacitor is charged by the triboelectric output and the GPS is activated only when the animal's motion is detected rather than on a fixed timer. By avoiding unnecessary positioning during inactivity, this motion-triggered duty-cycling scheme is expected to extend the battery lifetime from 35 hours to approximately 180 days at a representative daily activity level.
Benzer Tezler
- Fabrıcatıon of 3D prınted flexıble polyurethane nanocomposıte
3b baskili esnek poliüretan nanokompozit imalati
ALİCAN MERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ
- 3D-printed multiprobe analysis system for solar fuel research; design, fabrication and testing
Güneş yakıtları araştırmaları için üç boyutlu printer baskılı çoklu sensör analiz sistemi; dizaynı, üretimi ve test edilmesi
İPEK HARMANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ENGİN KARABUDAK
YRD. DOÇ. DR. ÖZGENÇ EBİL
- 3D printed, cell carrying gelma hydrogels in corneal stroma engineering
3B basılı hücre taşıyan gelma hidrojelleri ile kornea stroma mühendisliği
CEMİLE BEKTAŞ
Doktora
İngilizce
2018
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
PROF. DR. AYŞE BURCU
- 3D printed levan scaffolds for cardiac regeneration
Kardiyak rejenerasyon için 3 boyutlu yazıcı ile yazılmış levan doku iskeleleri
EDINA EMINAGIC
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
BiyomühendislikMarmara ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU TOKSOY ÖNER
DOÇ. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ
- 3D-printed hexagonal boron nitride nanosheets/polylactic acid nanocomposites
3B baskılı hekzagonal bor nitrürü nanolevhaları/polilaktik asit nanokompozitleri
MUSTAFA CANER GÖRÜR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİMGE ÇINAR AYGÜN