Среди множества сравнительно свежих разработок новый прибор отличается тем, что вырабатывает весьма солидное количество энергии даже в том случае, если владелец залипает в телефон или просто спит.
В наши дни постепенно формируется отдельная, захватывающая область исследований, посвященных тому, как носимые устройства будущего могут работать за счет человеческого тела. В авангарде этих разработок находится команда инженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего. Последнее творение группы использует большое количество самого обычного пота для выработки электричества, когда пользователь сидит, лежит или даже спит, обеспечивая потенциально круглосуточный источник энергии.
Среди множества носимых датчиков и устройств, работающих от пота, которые были представлены за последние годы, команда Калифорнийского университета предложила немало многообещающих примеров. Еще в 2014 году ученые продемонстрировали временную татуировку, которая работала как биобатарея, работающая от пота, а в прошлом году они показали носимый датчик витамина С, питаемый аналогичным способом. Совсем недавно команда разработала умную рубашку, которая также вырабатывает электричество за счет пота и движения.
Новое же устройство описывается как первое в своем роде, поскольку оно может генерировать энергию, даже когда пользователь спит или сидит неподвижно. Это может открыть некоторые очень интересные возможности в области носимых гаджетов, поскольку такой прибор потенциально может действовать как источник питания в любом месте и в любое время.
«В отличие от других носимых устройств с питанием от пота, это не требует упражнений или физического участия пользователя», — рассказал один из ведущих авторов Лу Инь. «Эта работа — шаг вперед к тому, чтобы сделать носимые устройства более практичными, удобными и доступными для обычного человека».
В ходе работы команде пришлось проявить творческий подход к объединению смеси компонентов, которые могут как поглощать пот, так и преобразовывать его в энергию. Тонкая полоска, похожая на пластырь, состоит из электродов из углеродной пены, которая впитывает пот и использует специальный набор ферментов для запуска химических реакций между молекулами лактата и кислорода внутри него. Они, в свою очередь, генерируют электричество, которое хранится в небольшом конденсаторе.
Умещающееся на кончиках пальцев, устройство использует более тысячи потовых желез на каждом из них. Удивительно, но окончания наших пальцев производят от 100 до 1000 раз больше пота, чем большинство других частей тела. Поэтому авторы описывают кончики пальцев как 24-часовые «фабрики потоотделения».
«Причина, по которой мы чувствуем потливость на других частях тела, заключается в том, что эти места плохо вентилируются», — пояснил Инь. «Напротив, кончики пальцев всегда находятся под воздействием воздуха, поэтому пот быстро испаряется, когда выходит наружу. Но вместо того, чтобы дать ему испариться, мы используем наше устройство для сбора этого пота, который может генерировать значительное количество энергии».
Успех кроется в комплексном подходе. Под электродами устройство также имеет прослойку пьезоэлектрического материала, который генерирует дополнительное электричество в ответ на давление. Это означает, что такие действия, как набор текста, залипание в смартфон или игра на пианино, также могут привести к увеличению выработки энергии.
В одном эксперименте испытуемые носили устройство на кончике пальца в течение 10 часов сна, и в результате прибор генерировал почти 400 миллиджоулей энергии. По словам ученых, этого достаточно для питания электронных часов в течение 24 часов. Один час «случайного» набора текста и щелчков мышью позволил устройству генерировать почти 30 миллиджоулей.
«Сравните это с устройством, которое собирает энергию во время упражнений», — объясняет Инь. «Когда вы бежите, то тратите сотни джоулей энергии только на то, чтобы устройство генерировало миллиджоули энергии. В этом случае окупаемость ваших энергетических инвестиций будет очень низкой. Но с новым устройством отдача очень высока. Когда вы спите, вы не работаете. Даже одним нажатием пальца вы тратите всего лишь полмиллиджоуля».
В отдельных экспериментах команда использовала устройство для сбора энергии и питания химических датчиков и дисплеев, включая вышеупомянутый датчик витамина С, разработанный ранее. Сейчас ученые дорабатывают прибор, чтобы сделать его более эффективным и долговечным, и надеются объединить наработки с другими сборщиками энергии для создания новых типов носимых устройств с автономным питанием.
«Наша цель — сделать такие приборы практичными», — заявил Инь. «Мы хотим показать, что это не просто еще одна крутая, но бесполезная штука, которая может генерировать небольшое количество энергии, — мы действительно можем использовать энергию для питания полезной электроники, такой как датчики и дисплеи».
Василий Макаров
Подпишись: