inde i et laboratorium ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) har Sangtae Kim tinkeret med en papirtynd enhed på størrelse med et stempel. Kim er interesseret i at høste energi fra mennesker (dog ikke den slags, der gør folk til batterier i filmen, matricen). Han ønsker at udnytte bevægelser, såsom at gå og løbe, til strømsensorer og bærbare gadgets.
“det giver en ny måde at høste menneskelig energi på,” siger Kim om sin prototype-enhed, som han for nylig beskrev i en artikel medforfatter med sin rådgiver, Prof Ju Li og andre forskere.
“enhver bevægelse er mulig at høste, men du vil ikke have tøj fyldt med høstmaskiner. Jeg ville målrette mod sålerne på sko-det er her den mest energi er placeret,” siger Kim.
ideen om at bruge bevægelse til at generere elektricitet er ikke ny, selvom den langt fra er almindelig. Der er stationære motionscykler med motorer til at gøre svedige træning i gymnastiksalen til energi. Men bærbare energioptagere, der bruger menneskelig bevægelse, har ikke ramt markedet, dels fordi de endnu ikke har genereret nok energi, siger Harry.
det menneskelige energikoncept er lovende. Brug af energi, der ellers ville blive spildt, er tiltalende på et tidspunkt, hvor planer om at bekæmpe klimaændringer inkluderer brug af mindre energi eller energi med lavere kulstofemissioner.
Kim er rettet mod et voksende forbrugerelektronikmarked. Forsendelser af bærbar elektronik over hele verden anslås at stige fra en forventet 111M-enhed i 2016 til 214,6 m i 2019, ifølge IDC, et markedsundersøgelsesfirma. Det årlige salg af bærbare varer vil hoppe fra $20 mia.i 2015 til næsten $70 mia. i 2025.
søgen efter mindre kraftigere batterier
bærbare Indsaml og kommuniker data trådløst, som mobiltelefoner, og forlængelse af batteriets levetid er en af de store tekniske udfordringer for designere. Og ligesom mobiltelefoner er de på vej til at blive tyndere og mere sofistikerede. Designere af bærbare-såsom Apple ur, Google Glass og fitness og sundhed armbånd – er på jagt efter teknologi, der kunne holde disse gadgets kører længere i mellem opladning. Dette betyder batterier, der kan pakke mere energi ind i mindre rum eller enheder, der ellers kunne give en energiforøgelse uden at skulle tilsluttes væggen.
Lithium-ion-batterier, som også driver størstedelen af forbrugerelektronik såsom bærbare computere, er go-to-strømkilden til bærbare computere. Men deres præstationer falder, når de skal krympe for at passe til strammere rum, ifølge Christine Ho, administrerende direktør for Imprint Energy, EN batteriudvikler i Californien.
“det er et gåde for produktdesignere, der begynder at indse, at de har brug for at tænke mere kreativt,” siger Ho. “Nye batterier har mulighed for at imødekomme efterspørgslen.”
gadgetproducenter, såsom Samsung, eksperimenterer med batterier, der er tyndere og fleksible, så de lettere kan passe ind i bærbare, der vikles rundt om fingeren, håndleddet og ankelen. Imprint Energy Udvikler ultratynde og fleksible batterier, som kan lagre mere energi i et givet volumen end lithium og er sikre og ikke-giftige, siger Ho.
men de nye batteriteknologier har tendens til at være dyre og svære at masseproducere. Salget af ultratynde og fleksible batterier til bærbare enheder forventes at nå $300m inden 2020, siger Tony Sun, en analytiker hos markedsundersøgelsesfirmaet
energihøst
ideen om at udnytte menneskelige bevægelser kom til Kim en nat i December 2013, da han fik en e-mail fra Li, der netop havde deltaget i et møde med materialevidenskabsforskere, hvor samtaler om lithium-ion-batterier omfattede en diskussion af stress på batteriet. Anvendelse af stress på et lithiumbatteri ændrer spændingen og reducerer batteriets kapacitet. Men hvad nu hvis du kunne gøre denne stress til en fordel?
“det var en e-mail med to sætninger, der vækkede mig fuldstændigt,” minder Kim om. “Så begyndte jeg at designe denne enhed. Det tog mig et år at bygge det og endnu et år for fuldt ud at forstå, hvad det gjorde. Vi ønskede at sikre, at det ikke var en bivirkning.”
hvad Kim kom op med er en enhed, der har en lignende struktur som et batteri: to ledende elektroder adskilt af en flydende elektrolyt. I modsætning til et batteri bruger energy harvester den samme forbindelse, en blanding af lithium og silicium, til begge elektroder. Dette skaber en volleying effekt, når fysisk stress anvendes.
trykket tvinger den ene elektrode til at spytte lithiumioner ud og forstyrrer i processen en ligevægt, der får den anden elektrode til at åbne op og acceptere det afviste lithium. Elektrolytten tvinger dem til at adskille sig i lithiumioner og elektroner. Elektronerne rejser gennem et kredsløb og bliver fanget som elektricitet. Elektronerne mødes derefter med lithiumioner i den anden ende og bevæger sig ind i elektroden.
Unbending enheden fjerner stress og forårsager elektroner og lithium ioner til at rejse den anden retning. Denne vending skaber en anden strøm af elektrisk strøm, før de to vender hjem til den originale elektrode.
Kims prototype genererer endnu ikke nok elektricitet til bærbare. Han siger, at han har brug for at øge dens effektivitet – procentdelen af mekanisk energi, der omdannes til elektricitet – fra 0.6% til 6% for at gøre det kraftigt nok til enheder som armbånd.
at øge energiproduktionen og levetiden for en energihøstemaskine vil være afgørende for at popularisere brugen af den, siger Kevin Lloyd, medstifter og teknologichef hos California-baserede fløjte Labs, som har udviklet en GPS-baseret kæledyrskrave til sporing af din lodne vens placering, helbred og andre aktiviteter.
“når vi ser på at bygge bærbare enheder, balancerer vi videnskab, batterilevetid og omkostninger,” siger Lloyd. “Du ønsker ikke at skulle tage dit kæledyrs krave af for at oplade hver dag. Når du er på ferie i en eller to uger, vil du have det til at vare hele tiden.”
en anden hindring for at få energihøsteren til at fungere: vores kropsbevægelser er ikke forudsigelige eller konsistente, hvilket gør det vanskeligt at generere en pålidelig mængde energi til enhver tid, siger Ho.
at tackle udfordringen med at designe sin forskning i en bærbar gadget vil være vigtig, anerkender Kim og tilføjer, at han allerede har hørt fra et par virksomheder, herunder producenter af smarte ure og medicinsk udstyr, der er interesseret i at inkorporere energihøstningsprocessen.
“men vi er nødt til at gøre denne teknologi mere moden først, før vi tænker på at kommercialisere den,” siger han.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraphs}} {{fremhævet tekst}}
{{#choiceCards}}
{{/choiceCards}}
- Del på Facebook
- Del på kvidre
- Del via e-mail
- Del på LinkedIn
- Del på Facebook
- Del på Messenger