od našich kroků po naše stisknutí tlačítek lidé neustále vynakládají energii a vědci pronikají do těchto pohybů, aby napájeli svět kolem nás.
sběr energie z okolí nebo činností spíše než z baterie nebo ze zásuvky má některé klíčové výhody: zdroje elektřiny jsou zdarma a zařízení jsou mobilnější. To je zvláště užitečné pro lékařskou elektroniku, jako jsou inzulínové pumpy a kardiostimulátory. Energetické kombajny by také mohly prodloužit životnost baterií v chytrých telefonech a noteboocích.
myšlenka není nová. Například křišťálová rádia existují od začátku 20. století a nepotřebují vyhrazený zdroj energie, protože zachycují elektřinu z rádiových vln. Současné strategie sběru energie však nejsou příliš účinné, a energie v našem prostředí je široce rozptýlena, což znamená jasná světla, velké teplotní gradienty nebo dlouhé, svižné procházky jsou potřebné k vytvoření znatelného množství energie, což stále nemusí být příliš mnoho.
nyní vědci objevují nové způsoby, jak zvýšit efektivitu sklizně a snížit náklady. Vývojáři také vyrábějí elektroniku, která spotřebovává mnohem méně energie, takže jednoho dne může telefon běžet na šustění v kapse a několik klepnutí prstem při hovoru.
v Lawrence Berkeley National Laboratory vědci minulý měsíc demonstrovali zařízení, které používá viry k přenosu tlaku na elektřinu. Zařízení se spoléhá na piezoelektričnost, což je jev, kdy se v materiálu vytváří elektrický náboj, když je mechanicky deformován nebo namáhán. V tomto případě tým použil k výrobě materiálu upravený virus M13, který obvykle infikuje bakterie.
zábava začíná na 50 nanoamps
zařízení může produkovat 6 nanoamps proudu a 400 milivoltů potenciálu, což je zhruba čtvrtina výkonu trojité baterie a dost na to, aby krátce aktivovalo malý monochromatický displej z tekutých krystalů s generátorem o velikosti čtverečních centimetrů při stisknutí. Vědci zveřejnili svou zprávu v Nature Nanotechnology.
Ramamoorthy Ramesh, výzkumný pracovník v divizi materiálové vědy na LBNL a jeden ze spoluautorů zprávy, vysvětlil, že viry se mohou samy reprodukovat a vytvářet struktury v měřítku nanometrů, což z nich činí atraktivní levnou alternativu k konvenčním piezoelektrickým zařízením, které mohou používat drahé nebo toxické chemikálie. Virový materiál lze také nastříkat na povrch, potenciálně přeměnit jakoukoli stěnu nebo podlahu na kombajn energie z kroků a vibrací.
právě teď je generátor virů příliš slabý na to, aby poskytl jakoukoli praktickou sílu, ačkoli vědci dělají vylepšení a říkají, že nejsou daleko od užitečného produktu.
„pokud dostaneme 50 na 70, pak je čas rock‘ n ‚ roll. Pak je to hodně legrace, “ řekl Rameš.
vědci ve Velké Británii také nedávno vyvinuli piezoelektrický generátor, kolenní ortézu, která škrábe elektrony z chůze. Jak se koleno nositele ohýbá, čtyři kovové lopatky v zařízení jsou „trhány“, které pak vibrují jako kytarová struna a produkují elektřinu.
v současné době zařízení produkuje asi 2 miliwatty energie, ale vědci očekávají, že dosáhnou 30 miliwattů s několika vylepšeními.
Michele Pozzi, vedoucí výzkumný pracovník projektu a výzkumný pracovník v oblasti sběru energie na School of Applied Sciences Na Cranfield University, uvedl ve zprávě, že očekává, že zařízení bude stát £10 za jednotku, když bude výroba zvýšena. Zjištění byla zveřejněna začátkem tohoto měsíce v chytrých materiálech a strukturách.
ale může napájet televizi?
přesto, i když jsou na trhu energetické kombajny, je velkou překážkou dostatek použitelné elektřiny pro napájení senzoru, lampy nebo obrazovky. To znamená vyrábět více elektřiny, než zařízení potřebuje, takže má dost na to, aby se skladovalo a zůstalo trvale funkční.
„v některých případech můžete sklízet pouze mikrowatt,“ řekl David Freeman, hlavní technolog skupiny power supply solutions group v Texas Instruments. „Pokud vaše zařízení vyžaduje mikrowatt, neděláte nic pro nikoho.“
pro Texas Instruments je řešením zefektivnit zařízení, která spotřebovávají méně elektřiny, a také zefektivnit kombajny.
„pouze za poslední tři, čtyři nebo pět let bylo hlášeno dostatečné množství elektřiny, aby bylo užitečné, a energie zařízení byla dostatečně nízká, aby fungovala,“ řekl Freeman.
jedním z možných použití pro kombajny je budování senzorů, které mohou sledovat kvalitu vzduchu. Operátoři mohou tyto informace bezdrátově shromažďovat, aby efektivně vytápěli nebo ochlazovali své prostory. „Cílem většiny těchto aplikací je “ peel-and-stick“, “ vysvětlil Freeman s tím, že nejlepší umístění senzoru může být daleko od jakéhokoli elektrického vedení. Taková místa mohou být také obtížná, takže častá výměna baterie by byla příliš nepohodlná, což z nich činí ideální využití pro kombajny.
za tímto účelem společnost vyrábí integrované obvody a mikroprocesory, které potřebují mnohem méně energie.
„každá generace spotřebovává méně energie než generace předchozí,“ řekl Freeman. „Jak budeme i nadále tlačit sílu dolů potřebné těmito zařízeními, pak to dělá sklizeň kus praktičtější.“
podle Freemana jsou dominantní technologií sklizně malé fotovoltaické panely, protože vibrační a rádiové kombajny dosud nezachycují dostatek energie pro provoz senzoru i vysílače. Společnost nedávno vyrobila prototyp bezdrátové klávesnice, která běží na vnitřním osvětlení s výdrží baterie, která odpovídá životnosti zařízení, zhruba tři až pět let. Kromě toho společnost Texas Instruments vyvíjí senzory pro monitorování průmyslových zařízení a vozovek, kde frekvence pravidelného pohybu mohou být vhodnější pro vibrační kombajny.
Přetištěno z Climatewire se svolením Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500