od naszych kroków po nasze naciśnięcia przycisków, ludzie stale zużywają energię, a naukowcy wykorzystują te ruchy, aby zasilić świat wokół nas.
zbieranie energii z otoczenia lub aktywności zamiast z baterii lub gniazdka ściennego ma kilka kluczowych zalet: źródła energii elektrycznej są bezpłatne, a urządzenia są bardziej mobilne. Jest to szczególnie przydatne w przypadku elektroniki medycznej, takiej jak pompy insulinowe i rozruszniki serca. Kombajny energetyczne mogą również wydłużyć żywotność baterii w smartfonach i laptopach.
pomysł nie jest nowy. Na przykład radia kryształkowe istnieją od początku XX wieku i nie potrzebują specjalnego źródła zasilania, ponieważ zbierają energię elektryczną z fal radiowych. Ale obecne strategie pozyskiwania energii nie są zbyt wydajne, a energia w naszym środowisku jest szeroko rozproszona, co oznacza, że jasne światła, Duże gradienty temperatury lub długie, energiczne spacery są potrzebne do wytworzenia znaczącej ilości energii, która nadal może nie być zbyt duża.
teraz naukowcy odkrywają nowe sposoby zwiększenia wydajności zbiorów i obniżenia kosztów. Deweloperzy robią również elektroniki, które zużywają znacznie mniej energii, tak, że pewnego dnia telefon może działać na szelest w kieszeni i kilka dotknięć palcem podczas wykonywania połączenia.
w Lawrence Berkeley National Laboratory naukowcy zademonstrowali w zeszłym miesiącu urządzenie, które wykorzystuje wirusy do przekształcania ciśnienia w energię elektryczną. Urządzenie opiera się na piezoelektryczności, zjawisku, w którym ładunek elektryczny jest wytwarzany w materiale, gdy jest mechanicznie zdeformowany lub naprężony. W tym przypadku zespół wykorzystał zmodyfikowany wirus M13, który zazwyczaj infekuje bakterie w celu wytworzenia materiału.
zabawa zaczyna się od 50 nanoamperów
urządzenie może wytworzyć 6 nanoamperów prądu i 400 milivoltów potencjału, mniej więcej jedną czwartą mocy baterii potrójnego A i wystarczy na krótko aktywować mały Monochromatyczny wyświetlacz ciekłokrystaliczny z generatorem o wielkości centymetra kwadratowego po naciśnięciu. Naukowcy opublikowali swój raport w Nature Nanotechnology.
Ramamoorthy Ramesh, badacz w dziale materiałoznawstwa w LBNL i jeden ze współautorów raportu, wyjaśnił, że wirusy mogą się rozmnażać i same tworzyć struktury w skali nanometrów, co czyni je atrakcyjną tanią alternatywą dla konwencjonalnych urządzeń piezoelektrycznych, które mogą wykorzystywać drogie lub toksyczne chemikalia. Materiał wirusowy może być również rozpylany na powierzchnię, potencjalnie zamieniając każdą ścianę lub podłogę w Kombajn energetyczny z kroków i wibracji.
w tej chwili generator wirusów jest zbyt słaby, aby zapewnić praktyczną moc, chociaż naukowcy wprowadzają ulepszenia i twierdzą, że nie są daleko od użytecznego produktu.
„jeśli dostaniemy 50 do 70, to czas na rock’ n ’ rolla. Wtedy jest dużo zabawy,” Ramesh powiedział.
naukowcy z Wielkiej Brytanii opracowali również niedawno generator piezoelektryczny, ortezę kolanową, która usuwa elektrony z chodzenia. Gdy kolano użytkownika zgina się, cztery metalowe łopatki w urządzeniu są „wyrywane”, które następnie wibrują jak struna gitary i wytwarzają energię elektryczną.
obecnie urządzenie wytwarza około 2 miliwatów mocy, ale naukowcy spodziewają się osiągnąć 30 miliwatów z kilkoma poprawkami.
Michele Pozzi, główny badacz projektu i pracownik naukowy w dziedzinie pozyskiwania energii w School of Applied Sciences na Uniwersytecie Cranfield, powiedział w komunikacie, że oczekuje, że urządzenie będzie kosztować £10 za jednostkę, gdy produkcja zostanie zwiększona. Wyniki zostały opublikowane na początku tego miesiąca w inteligentnych materiałach i strukturach.
ale czy może zasilać telewizor?
mimo to, nawet w przypadku kombajnów energetycznych na rynku, duża przeszkoda polega na dostawaniu wystarczającej ilości energii elektrycznej do zasilania czujnika, lampy lub ekranu. Oznacza to wytwarzanie większej ilości energii elektrycznej niż urządzenie potrzebuje, więc ma wystarczająco dużo do przechowywania i konsekwentnego działania.
„w niektórych przypadkach możesz zbierać tylko mikrofale” – powiedział David Freeman, główny technolog w grupie power supply solutions w Texas Instruments. „Jeśli Twoje urządzenie wymaga mikrofali, nie robisz nic dla nikogo.”
w przypadku Texas Instruments rozwiązaniem jest sprawienie, aby urządzenia zużywały mniej energii elektrycznej, a Kombajny były bardziej wydajne.
„tylko w ciągu ostatnich trzech, czterech lub pięciu lat zgłoszono wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby była użyteczna, a energia urządzeń była wystarczająco niska, aby działać” – powiedział Freeman.
jednym z potencjalnych zastosowań kombajnów są czujniki budowlane, które mogą monitorować jakość powietrza. Operatorzy mogą bezprzewodowo gromadzić te informacje, aby skutecznie ogrzewać lub chłodzić swoje pomieszczenia. „Celem większości tych zastosowań jest” obieranie i przyklejanie ” -wyjaśnił Freeman, zauważając, że najlepsza lokalizacja czujnika może być z dala od przewodów elektrycznych. Takie lokalizacje mogą być również trudne do dotarcia, więc częsta wymiana baterii byłaby zbyt niewygodna,co czyni je idealnymi do wykorzystania w kombajnach.
w tym celu firma produkuje Układy scalone i mikroprocesory, które potrzebują znacznie mniej energii.
„każde pokolenie zużywa mniej energii niż poprzednie pokolenie” „W miarę zmniejszania mocy potrzebnej tym urządzeniom, narzędzie do zbioru staje się bardziej praktyczne.”
według Freemana, dominującą technologią zbioru są małe panele fotowoltaiczne, ponieważ Kombajny wibracyjne i radiowe nie pobierają jeszcze wystarczającej mocy, aby uruchomić zarówno Czujnik, jak i nadajnik. Firma niedawno stworzyła prototyp bezprzewodowej klawiatury, która działa na oświetleniu wewnętrznym z żywotnością baterii, która odpowiada żywotności urządzenia, około trzech do pięciu lat. Ponadto Texas Instruments opracowuje czujniki do monitorowania urządzeń przemysłowych i dróg, gdzie regularne częstotliwości ruchu mogą być bardziej dostosowane do kombajnów wibracyjnych.
przedruk z Climatewire za zgodą środowiska & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500