fra vores fodspor til vores knaptryk bruger mennesker konstant energi, og forskere tapper ind i disse bevægelser for at drive verden omkring os.
høst af energi fra ens omgivelser eller aktiviteter snarere end fra et batteri eller en stikkontakt har nogle vigtige fordele: elkilderne er gratis, og enhederne er mere mobile. Dette er især nyttigt for medicinsk elektronik som insulinpumper og pacemakere. Energioptagere kan også forlænge batteriets levetid i smartphones og bærbare computere.
ideen er ikke ny. Krystalradioer har for eksempel eksisteret siden starten af det 20.århundrede og har ikke brug for en dedikeret strømkilde, da de fjerner elektricitet fra radiobølger. Men de nuværende energihøstningsstrategier er ikke særlig effektive, og energien i vores miljø diffunderes bredt, hvilket betyder, at lyse lys, store temperaturgradienter eller lange, hurtige gåture er nødvendige for at producere en mærkbar mængde strøm, som måske stadig ikke er meget.
nu er forskere fund nye måder at øge høsteffektiviteten og lavere omkostninger på. Udviklere gør også elektronik, der bruger meget mindre strøm, så en dag telefonen kan køre på raslen i lommen og et par finger haner, når du foretager et opkald.
på Berkeley National Laboratory demonstrerede forskere en enhed i sidste måned, der bruger vira til at oversætte tryk til elektricitet. Enheden er afhængig af elektroelektricitet, et fænomen, hvor en elektrisk ladning produceres i et materiale, når det er mekanisk deformeret eller stresset. I dette tilfælde brugte holdet en konstrueret M13-virus, der typisk inficerer bakterier til at fremstille materialet.
det sjove starter ved 50 nanoamps
enheden kan producere 6 nanoamps strøm og 400 millivolt potentiale, omtrent en fjerdedel af output fra et tredobbelt A-batteri og nok til kort at aktivere et lille monokromt flydende krystal display med en kvadratcentimeter størrelse generator, når den trykkes. Forskerne offentliggjorde deres rapport i Nature Nanotechnology.
Ramamoorthy Ramesh, en forsker i materialevidenskabsafdelingen ved LBNL og en af rapportens medforfattere, forklarede, at vira kan reproducere sig selv og danne nanometerskalastrukturer alene, hvilket gør dem til et attraktivt billigt alternativ til konventionelle enheder, der kan bruge dyre eller giftige kemikalier. Virusmaterialet kan også sprøjtes på en overflade, hvilket potentielt kan gøre enhver væg eller gulv til en energihøstemaskine fra fodspor og vibrationer.
lige nu er virusgeneratoren for svag til at give nogen praktisk kraft, selvom forskerne gør forbedringer og siger, at de ikke er langt væk fra et nyttigt produkt.
“hvis vi får 50 til 70 , så er det rock ‘n’ roll tid. Så er det meget sjovt,” sagde Ramesh.
forskere i Det Forenede Kongerige udviklede også for nylig en piesoelektrisk generator, en knæbøjle, der scrounges elektroner fra at gå. Når bærerens knæ bøjes, “plukkes” fire metalvinger i enheden, som derefter vibrerer som en guitarstreng og producerer elektricitet.
i øjeblikket producerer enheden omkring 2 milliliter strøm, men forskere forventer at nå 30 milliliter med et par justeringer.
Michele Possii, projektets ledende forsker og en forsker i energihøstning ved School of Applied Sciences ved Cranfield University, sagde i en udgivelse, at han forventer, at enheden koster 10 kr.pr. Resultaterne blev offentliggjort tidligere i denne måned i smarte materialer og strukturer.
men kan det drive et fjernsyn?
stadig, selv med energihøsterne på markedet, får den store forhindring nok brugbar elektricitet til at drive en sensor, lampe eller skærm. Dette betyder at producere mere elektricitet, end enheden har brug for, så den har nok til at gemme og forblive konsekvent operationel.
“i nogle tilfælde kan du kun høste en mikrobølgeovn eller deromkring,” sagde David Freeman, chefteknolog i strømforsyningsløsningsgruppen. “Hvis din enhed kræver en mikrobølgeovn, gør du ikke noget for nogen.”
for instrumenter er løsningen at gøre de enheder, der bruger mindre elektricitet, samt at gøre Høstmaskiner mere effektive.
“det er kun inden for de sidste tre, fire eller fem år, at den rapporterede nok elektricitet til at være nyttig, og enhedernes energi var lav nok til at fungere,” sagde Freeman.
en potentiel anvendelse til Høstmaskiner er at bygge sensorer, der kan overvåge luftkvaliteten. Operatører kan trådløst indsamle disse oplysninger for effektivt at opvarme eller afkøle deres rum. “Målet for de fleste af disse applikationer er ‘peel-and-stick’,” forklarede Freeman og bemærkede, at den bedste placering for en sensor kan være langt væk fra elektriske ledninger. Sådanne placeringer kan også være svære at komme til, så det ville være for ubelejligt at skifte batteri ofte, hvilket gør dem til ideelle anvendelser til Høstmaskiner.
til dette formål fremstiller virksomheden integrerede kredsløb og mikroprocessorer, der har brug for meget mindre energi.
” hver generation bruger mindre strøm end generationen før,” sagde Freeman. “Da vi fortsætter med at skubbe den strøm ned, som disse enheder har brug for, gør det høststykket mere praktisk.”
ifølge Freeman er den dominerende høstteknologi små fotovoltaiske paneler, da vibrations-og radiooptagere endnu ikke fanger nok strøm til at køre både sensoren og senderen. Virksomheden lavede for nylig et prototype trådløst tastatur, der kører på indendørs belysning med en batterilevetid, der matcher enhedens levetid, cirka tre til fem år. Derudover udvikler vi sensorer til overvågning af industrielt udstyr og veje, hvor de regelmæssige bevægelsesfrekvenser kan være mere velegnede til vibrationshøstere.
genoptrykt fra Klimatråd med tilladelse fra Miljø & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500