1. Навіщо потрібні пристрої з автономним живленням?
2. У теплі тіла
3. Енергоефективна електроніка
4. Енергія з тертя
5. Коли?

Довгі роки наші електронні пристрої ставали все менше і все швидше, але тривати так більше не може, якщо ми не усунемо одне велике перешкоду: батареї. Весті.Hi-tech перевели матеріал видання The Verge, присвячений останнім розробкам в області електроніки, що одержує енергію від людського тіла .

Батарея - вузьке місце будь-якої електронної системи, розповіла The Verge Діна Ель-Дамак, професор електроінженерії з Університету Південної Каліфорнії. Можливості пристрою багато в чому визначаються його джерелом харчування, і спроби одночасно збільшити автономність і наростити обчислювальну потужність вже призводять до небезпечних наслідків - згадайте вибухи Samsung Galaxy Note 7 . Одне з рішень - створити пристрої, які будуть отримувати енергію самостійно за рахунок руху або користуючись теплом людського тіла, не вимагаючи ємною вбудованої батареї.

Хоча момент, коли смартфони зможуть обходитися без зарядника, поки знаходиться далеко в майбутньому, інженери в університетах і лабораторіях корпорацій працюють над тим, щоб наблизити його.

Навіщо потрібні пристрої з автономним живленням?

Для більшості людей розробка подібних технологій буде означати, що нам більше ніколи не доведеться заряджати смартфон або фітнес-браслет. Але поки дослідники в основному вирішують проблему з харчуванням медичних пристроїв, особливо імплантуються, наприклад, від кардіостимулятора. "Якщо пристрій покладається на батарею, для її заміни потрібна операція, так що забезпечення [повністю автономної] роботи було б великою перевагою і по-справжньому змінило б життя людей", - говорить Ель-Дамак.

Така технологія допомогла б і впровадження мозкових імплантів, наприклад, таких, які має намір розробити створена Ілона Маском компанія Neuralink . Передбачається, що крихітний чіп розміром з мікрон (0,001 міліметра) буде імплантуватися в мозок, дозволяючи людям "спілкуватися" з комп'ютером безпосередньо, за допомогою електричних імпульсів, минаючи традиційні інтерфейси. Як очікується, за допомогою цієї технології можна буде розширити розумові здібності людини, а також лікувати інсульт, параліч і навіть втрату пам'яті в літньому віці. Більшість з доступних сьогодні мозкових імплантів працюють не більше п'яти років, і щоб збільшити цей термін, потрібні або більш місткі батареї, або інший спосіб забезпечити енергією вживлені чіпи.

У теплі тіла

Теоретично способів змусити пристрої працювати без батарей багато. Один варіант - п'єзоелектричний ефект, коли енергія виділяється в певних матеріалах при деформації під механічним впливом. Інший, ширше поширений в масовій свідомості - використання енергії руху. Але пристрій, який буде працювати тільки коли людина рухається - штука малопрактичних. Тому більшість дослідників, що працюють в цій галузі, вважають найкращим джерелом енергії для автономних гаджетів тепло тіла.

Це працює завдяки термоелектричного ефекту - струм виникає в електричних ланцюгах, різні елементи яких мають різну температуру, а температура нашого тіла майже завжди відрізняється від температури навколишнього середовища. Розробки в цій галузі ведуть, серед інших, дослідники в університеті Північної Кароліни під керівництвом Даріуша ваша (Daryoosh Vashaee). В минулому році його команда створила крихітне пристрій, що виробляє струм саме таким чином :

Виглядає воно як металева пластинка, яку можна вбудувати в одяг або браслет, і видає в двадцять разів більше енергії на квадратний сантиметр площі, ніж раніше розроблені прилади такого роду. Вчені навіть визначили, де саме на тілі слід розміщувати такі перетворювачі для максимальної ефективності - на руці між ліктьовим і плечовим суглобами.

За словами ваша, очевидна перевага тепла тіла як джерело енергії - воно виділяється саме по собі, не вимагаючи зусиль від людини. Проблема в тому, що генерується струм дуже слабкий, і чим менше різниця в температурі між тілом і навколишнім середовищем, тим ефективнішою повинна бути система. Можна, звичайно, збільшувати площу теплосбірника, але чим такий пристрій масивніше - тим менше знайдеться бажаючих його носити.

Енергоефективна електроніка

Вчені "по інший бік рівняння" намагаються створити електронні пристрої, яким для роботи потрібно зовсім мало електрики. Одна з проблем тут - "витік" енергії з батарей, говорить Ель-Дамак. Якщо довгий час не використовувати акумулятор, він все одно буде поступово втрачати заряд. Численні дослідження проводяться сьогодні щоб з'ясувати, як звести цей ефект до мінімуму.

В Університеті Північної Кароліни базується дослідне об'єднання "Центр ASSIST" (абревіатура від Advanced Self-Powered Systems of Integrated Sensors and Technologies - просунуті системи інтегрованих датчиків і технологій з автономним живленням), де розробляють вимагають мало енергії безбатарейний електронні пристрої для застосування в медицині. Директор ASSIST Вііна Мішра розповіла The Verge, що прототип гаджета для відстеження основних параметрів життєдіяльності вже створений.

Пристрій у вигляді браслета (див. Фото вище) отримує енергію від тепла тіла через що розміщується на грудях теплообмінник і може відстежувати вологість, температуру і навіть наявність в повітрі органічних сполук. Нагрудний модуль також моніторить серцебиття, рухову активність і частоту дихання.

Енергія з тертя

Можна отримувати електрику і тертям - зі статичною електрикою знайомі всі. В науці це називається трибоелектричний ефект. В одному дослідженні група вчених поєднала в своєму розтягується надягати пристрої живлення від руху і тертя. Легкий хлопок долонею, на яку нанесений полімер з підключеними електродами, згенерує досить електрики, щоб на час засвітилися невеликі світлодіоди.

Трибоелектричних ефект універсальний, тобто притаманний будь-яким парам матеріалів, але найсильніше виражений у деяких полімерів. "Вибір матеріалів величезний: папір, шовк, волокна, дерево, метал, органічні матеріали", - розповідає співавтор дослідження Жон Лін Ван, який очолює дослідницьку групу з нанотехнологій в Технологічному інституті Джорджії. Крім того, в порівнянні з термоелектричним ефектом, енергії виходить більше.

Гнучкість є в даному випадку однією з ключових інновацій. "Коли матеріал гнучкий, ви можете симулювати людську шкіру для машинних інтерфейсів", - говорить Ван. Розроблене за його участю надеваемое пристрій підходить для натільних датчиків, але також для чого завгодно, що містить тканий матеріал. Наприклад, зазначає вчений, можна створити систему безпеки, "вшита" в штори або килим.

Коли?

Команди Жон Лін Вана і Вііни Мишра співпрацюють з компаніями, які сподіваються вивести створені на основі їх розробок рішення на ринок. Ван вважає, що до комерціалізації їх влаштування залишилося близько трьох років. Але вже у вересні у продажу повинні з'явитися годинник Matrix Watch, що використовують для харчування тепло тіла:

Правда, коли корреcпонденту The Verge прислали ранній прототип цього годинника на тест в кінці минулого року, гаджет толком не працював. Але трохи пізніше, під час зустрічі в офісі компанії-розробника творці Matrix Watch ефектно продемонстрували включення гаджета за допомогою кубика льоду.

Так що, хоча ще не один рік нам нікуди не дітися від зарядних пристроїв і кабелів, майбутнє з пристроями, які не треба постійно підключати до розетки, може виявитися ближче, ніж ми думаємо.

джерело: The Verge

Поділіться новиною: