Electronic Theses and Dissertation

Pengembangan ban pintar terus berkembang seiring kemajuan teknologi sensor dan
mikroprosesor, namun tantangan utama yang dihadapi adalah menyediakan sumber daya yang
efisien untuk sensor tanpa bergantung pada baterai, yang tidak praktis dan berpotensi merusak
lingkungan. Untuk mengatasi hal ini, dikembangkan teknologi pemanfaatan energi berbasis
piezoelektrik yang mampu mengubah deformasi, gerakan kinetik, dan rotasi ban kendaraan
menjadi energi listrik berkelanjutan guna mendukung pengoperasian sensor nirkabel. Salah satu
pendekatan memanfaatkan mekanisme rotasi pada poros spindel, di mana gaya tarik dan tolak
magnet disusun secara simetris pada permukaan piezoelektrik untuk menciptakan deformasi
mekanik optimal. Sistem ini mampu menghasilkan tegangan maksimum sebesar 8,1 V pada
kecepatan 1200 rpm, dengan daya puncak 2,4 mW dan densitas daya mencapai 6,62 µW/mm³.
Pendekatan lainnya menggunakan balok kantilever piezoelektrik berbahan PZT yang dipasang
pada velg kendaraan untuk pemanfaatan energi dari gaya gravitasi dan sentrifugal selama rotasi
ban. Eksperimen pada kecepatan rotasi antara 20 hingga 80 km/jam menunjukkan sistem ini
mampu menghasilkan tegangan 4–7 V dan daya maksimum sebesar 2200 µW, serta mengisi
kapasitor 22 µF hingga tegangan 2,9 V. Pendekatan lain yang lebih inovatif mengintegrasikan
material Polivinilidena Fluorida berbasis sistem End-Cap yang menggunakan bahan
Thermoplastic Polyurethane sebagai pelindung fleksibel. Sistem ini dirancang untuk
memanfaatkan deformasi ban kendaraan selama rotasi dengan ketahanan tinggi terhadap tekanan
dan suhu ekstrem. Eksperimen menunjukkan tegangan maksimum sebesar 41–63 V, daya puncak
sebesar 3,42 mW, dan kepadatan daya mencapai 3,11 µW/mm³, serta kemampuan mengisi
kapasitor 22 µF hingga tegangan saturasi 14 V. Teknologi pemanfaatan energi piezoelektrik ini
menawarkan solusi ramah lingkungan, berkelanjutan, dan andal untuk mendukung perangkat
sensor nirkabel pada ban pintar, sekaligus membuka peluang besar untuk inovasi kendaraan pintar
di masa depan.

The development of smart tires continues to advance in line with the progress of sensor and microprocessor technology; however, a major challenge remains in providing an efficient power source for sensors without relying on conventional batteries, which are impractical and potentially harmful to the environment. To address this issue, piezoelectric-based energy utilization technology has been developed to convert tire deformation, kinetic motion, and rotation into sustainable electrical energy to support the operation of wireless sensors. One approach employs the rotational mechanism of a spindle shaft, in which magnetic attractive and repulsive forces are symmetrically arranged on the piezoelectric surface to generate optimal mechanical deformation. This system is capable of producing a maximum voltage of 8.1 V at a rotational speed of 1200 rpm, with a peak power of 2.4 mW and a power density of 6.62 µW/mm³. Another approach utilizes a piezoelectric cantilever beam made of PZT, mounted on the vehicle rim to harness gravitational and centrifugal forces during tire rotation. Experiments conducted at rotational speeds between 20 and 80 km/h demonstrated that the system could generate voltages of 4–7 V, deliver a maximum power of 2200 µW, and charge a 22 µF capacitor up to 2.9 V. A more innovative approach integrates Polyvinylidene Fluoride (PVDF) with an End-Cap system made of Thermoplastic Polyurethane (TPU) as a flexible protective structure. This system is designed to exploit tire deformation during rotation with high resistance to pressure and extreme temperatures. Experimental results revealed maximum voltages ranging from 41–63 V, a peak power of 3.42 mW, and a power density of 3.11 µW/mm³, along with the ability to charge a 22 µF capacitor to a saturation voltage of 14 V. These findings demonstrate that piezoelectric energy utilization technology offers an environmentally friendly, sustainable, and reliable solution to support wireless sensor systems in smart tires, while also opening significant opportunities for future innovations in intelligent vehicle development.