Перспективная разработка
В настоящее время большинство гаджетов доступны для использования в любом месте и в любое время. Как сообщает ArsTechnica, в первом квартале 2021 года в мире приобрели более 100 миллионов умных часов, фитнес-трекеров и других подобных девайсов. Однако есть проблема, которая пока не решена окончательно — как сделать удобным долгое применение этих устройств без необходимости регулярной зарядки.
Команда инженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработала новый тип биотопливного элемента, который использует энергию пота на пальцах людей.
Об этом говорится в статье, недавно опубликованной в научном журнале Joule. Специалисты провели успешную серию тестов, которые доказали, что их разработка позволит в будущем заряжать носимые устройства во время сна или от касаний пальцами по экрану или клавиатуре.
Главная сложность
Большинство переносной электроники питается от незначительных по размеру накопителей, таких как батареи. Однако они ограничены временем, в течение которого они могут поддерживать работу гаджетов при длительном использовании.
Помимо поисков способов дальнейшего снижения энергопотребления специалисты считают потенциальным решением накопители, вбирающие энергию от человека — без источника электроэнергии и замены аккумулятора или батарей.
В исследовании Калифорнийского университета говорится, что ранее были примеры, когда автономное питание успешно снижало потребление энергии, но пока этого не хватало для эффективной передачи данных и автономной работы.
Основная проблема — недостаточно высокий показатель EROI, соотношения полученной энергии к затраченной.
«Мы хотели создать устройство, адаптированное к повседневной деятельности, которое почти не требует затрат энергии — вы можете полностью забыть об устройстве и пойти спать или выполнять работу за столом, например, печатать, но при этом продолжать генерировать энергию», — рассказал о новом решении один из авторов публикации, профессор наноинженерии Джозеф Ван. По его словам, их устройство может похвастаться лучшим EROI в мире.
Принцип работы
Секрет новой разработки — в пассивном потоотделении на кончиках пальцев. Руки и пальцы выделяют намного больше пота, чем принято считать. Выделения быстро испаряются из-за постоянного контакта с воздухом, поэтому практически незаметны для людей.
Ученые пояснили, что на кончиках пальцев самая высокая концентрация потовых желез на всем теле человека.
Отмечается, что пота, полученного с пальцев во время повседневных задач, может быть не так много, как после интенсивной тренировки, но достаточно для подзарядки девайсов, и при этом не требуется энергозатрат со стороны самих пользователей.
Новый биотопливный элемент — тонкая гибкая полоска, которая легко наматывается на кончик пальца, как пластырь. Накладка впитывает пот, затем в ней происходят химические реакции, чтобы произвести электричество. Исследователи добавили пьезоэлектрический чип, чтобы производить еще больше энергии, просто прижимая кончики пальцев к объекту. Эта энергия накапливается в конденсаторе до тех пор, пока не понадобится для питания чего-либо.
Ученые обнаружили, что их биотопливный элемент способен производить почти 400 миллиджоулей за 10 часов сна. Этого достаточно для питания электрических наручных часов в течение 24 часов.
Час легкого набора текста или щелчков мышью производил почти 30 миллиджоулей от одного пальца. Если приклеить полоски ко всем пальцам, то это потенциально может дать в десять раз больше энергии.
Следующим шагом разработчики назвали повышение эффективности новой разработки и ее интеграцию с другими типами устройств для использования в конкретных ситуациях. В будущем, уверены они, изобретение позволит использовать множество технических переносных устройств без необходимости их зарядки или смены элементов питания.