Inside a lab at the Massachusetts Institute of Technology (MIT), Sangtae Kim has been heliseming with a paper-thin device of the size of a leima. Kim on kiinnostunut keräämään energiaa ihmisistä (joskaan ei sellaista, joka muuttaa ihmiset akuiksi elokuvassa The Matrix). Hän haluaa valjastaa liikkeet, kuten kävelyn ja juoksun, voimanlähteeksi antureille ja puettaville vempaimille.
”se tarjoaa uuden tavan kerätä ihmisenergiaa”, Kim sanoo prototyyppilaitteestaan, jota hän kuvaili äskettäin artikkelissaan, jonka hän kirjoitti yhdessä neuvonantajansa Prof Ju Lin ja muiden tutkijoiden kanssa.
”mikä tahansa liike on mahdollista korjata, mutta et haluaisi vaatteita täynnä sadonkorjaajia. Tähtäisin kengänpohjiin-siellä on eniten energiaa, Kim sanoo.
ajatus liikkeen käyttämisestä sähkön tuottamiseen ei ole Uusi, vaikka se on kaukana arkipäiväisestä. On kuntopyöriä, joissa on moottorit, jotka muuttavat hikiset treenit kuntosalilla energiaksi. Mutta ihmisen liikettä käyttävät kannettavat energiaharvesterit eivät ole osuneet markkinoille, osittain siksi, että ne eivät ole vielä tuottaneet tarpeeksi energiaa, sanoo markkinatutkimusyritys Idtechexin analyytikko Harry Zervos.
ihmisen energiakäsitys on lupaava. Energian käyttäminen, joka muuten menisi hukkaan, on houkuttelevaa aikana, jolloin suunnitelmiin torjua ilmastonmuutosta sisältyy vähemmän energiaa tai vähemmän hiilidioksidipäästöjä aiheuttavaa energiaa.
Kim tähtää kasvaville kulutuselektroniikan markkinoille. Siirrot puettavan elektroniikan maailmanlaajuisesti arvioidaan kasvavan ennustettu 111m laitteiden vuonna 2016 214,6 m vuonna 2019, mukaan IDC, markkinatutkimusyritys. IDTechEx odottaa vuosittaisen wearables myynti hypätä $20bn vuonna 2015 lähes $70bn vuonna 2025.
pienempien tehokkaampien akkujen tavoittelu
Wearables kerää ja välittää tietoa langattomasti, kuten matkapuhelimet, ja akkukeston pidentäminen on yksi suunnittelijoiden suurista teknisistä haasteista. Ja aivan kuten matkapuhelimetkin, ne ovat tulossa ohuemmiksi ja hienostuneemmiksi. Puettavien laitteiden – kuten Apple Watchin, Google Glassin sekä kunto – ja terveysrannekkeiden-suunnittelijat metsästävät teknologiaa, joka voisi pitää nuo Vempaimet käynnissä pidempään latauksen välillä. Tämä tarkoittaa paristoja, jotka pystyvät pakkaamaan enemmän energiaa pienempään tilaan, tai laitteita, jotka voisivat muuten antaa energiabuustin tarvitsematta kytkeä seinään.
litiumioniakut, jotka myös käyttävät valtaosan kulutuselektroniikasta, kuten kannettavista tietokoneista, ovat kuluvien laitteiden go-to-virtalähde. Niiden suorituskyky kuitenkin heikkenee, kun niiden on kutistuttava, jotta ne mahtuvat ahtaampiin tiloihin, sanoo kalifornialaisen Imprint Energyn toimitusjohtaja Christine Ho.
”se on arvoitus tuotesuunnittelijoille, jotka alkavat ymmärtää, että heidän pitää ajatella luovammin”, Ho sanoo. ”Uusilla akuilla on mahdollisuus vastata kysyntään.”
Gadget-valmistajat, kuten Samsung, kokeilevat akkuja, jotka ovat ohuempia ja joustavia, jotta ne mahtuvat helpommin sormeen, ranteeseen ja nilkkaan kietoviin vaatteisiin. Imprint Energy on kehittämässä erittäin ohuita ja joustavia sinkkiparistoja, jotka voivat varastoida enemmän energiaa tietyssä tilavuudessa kuin litium ja ovat turvallisia ja myrkyttömiä, Ho sanoo.
mutta uudet akkuteknologiat ovat yleensä kalliita ja vaikeasti massatuotettavia. Erittäin ohuiden ja joustavien paristojen myynnin puettaviin laitteisiin odotetaan nousevan 300 miljoonaan dollariin vuoteen 2020 mennessä, sanoo markkinatutkimusyhtiö Lux Researchin analyytikko Tony Sun. Myynti voisi hypätä huikeat $4bn siihen mennessä, hän ennustaa, mutta vain jos nämä akut voivat tulla alas hinta tasolle litiumioniakkuja. Tämä vaatisi merkittäviä investointeja teknisiin läpimurtoihin, Sun lisää.
energy harvesting
idea ihmisten liikkeiden valjastamisesta tuli Kimille eräänä iltana joulukuussa 2013, kun hän sai sähköpostin Liiltä, joka oli juuri osallistunut materiaalitieteen tutkijoiden kokoukseen, jossa puheisiin litiumioniakuista sisältyi keskustelu akun stressistä. Litiumparistoon kohdistuva rasitus muuttaa jännitettä ja vähentää akun kapasiteettia. Mutta entä jos voisit kääntää tämän stressin eduksesi?
”se oli kahden lauseen sähköposti, joka herätti minut täysin, Kim muistelee. ”Sitten aloin suunnitella tätä laitetta. Minulta meni vuosi sen rakentamiseen ja toinen vuosi siihen, että ymmärsin täysin, mitä se tekee. Halusimme varmistaa, ettei se ole sivuvaikutus.”
Kim keksi laitteen, jolla on samanlainen rakenne kuin akulla: kaksi johtavaa elektrodia, jotka erottaa toisistaan nestemäinen elektrolyytti. Toisin kuin akku, energy harvester käyttää samaa yhdistettä, litiumin ja piin sekoitusta, molemmille elektrodeille. Tämä aiheuttaa volleying vaikutus, kun fyysinen rasitus kohdistuu.
paine pakottaa yhden elektrodin sylkemään litiumioneja ulos ja samalla horjuttaa tasapainoa, joka saa toisen elektrodin avautumaan ja hyväksymään hylätyn litiumin. Elektrolyytti pakottaa ne jakautumaan litiumioneiksi ja elektroneiksi. Elektronit kulkevat piirin läpi ja jäävät kiinni sähköksi. Tämän jälkeen elektronit kohtaavat litiumioneja toisessa päässä ja siirtyvät elektrodiin.
taipumaton laite poistaa jännityksen ja saa elektronit ja litiumionit kulkemaan toiseen suuntaan. Tämä kääntyminen luo uuden sähkövirran ennen kuin kaksikko palaa kotiin alkuperäiselle elektrodille.
Kimin prototyyppi ei vielä tuota tarpeeksi sähköä kulutuskäyttöön. Hän sanoo, että hänen täytyy lisätä sen tehokkuutta-prosenttiosuus mekaanisen energian, joka saadaan muunnetaan sähköksi-0.6-6%, jotta se olisi tarpeeksi tehokas laitteisiin, kuten rannekkeisiin.
energiaharvesterin energiantuotannon ja käyttöiän lisääminen on ratkaisevan tärkeää sen käytön yleistämiseksi, sanoo Kevin Lloyd, kalifornialaisen Whistle Labsin perustaja ja teknologiajohtaja, joka on kehittänyt GPS-pohjaisen lemmikkipannan karvaisen ystäväsi sijainnin, terveyden ja muiden toimintojen seuraamiseen.
”kun katsomme puettavien laitteiden rakentamista, tasapainotamme tiedettä, akkukestoa ja kustannuksia, Lloyd sanoo. ”Et halua ottaa pois lemmikkisi kaulus veloittaa joka päivä. Kun olet lomalla yhden tai kaksi viikkoa, haluat sen kestävän koko sen ajan.”
toinen este energiaharvesterin saamiselle toimimaan: kehon liikkeemme eivät ole ennustettavissa tai johdonmukaisia, mikä vaikeuttaa luotettavan energiamäärän tuottamista milloinkin, Ho sanoo.
vastaaminen haasteeseen suunnitella hänen tutkimuksensa puettavaksi gadgetiksi on tärkeää, Kim tunnustaa ja lisää, että hän on jo kuullut muutamilta yrityksiltä, kuten älykellojen ja lääkinnällisten laitteiden valmistajilta, jotka ovat kiinnostuneita sisällyttämään energian talteenottoprosessin.
”mutta tämä teknologia pitää saada ensin kypsemmäksi, ennen kuin mietitään sen kaupallistamista”, hän sanoo.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraph}} {{highlightedText}}
{{#choiceCards}}
{{/choiceCards}}
- Jaa Facebookissa
- Jaa Twitterissä
- Jaa sähköpostilla
- Jaa LinkedInissä
- jaa WhatsAppissa
- Jaa Messengerissä