Massachusetts Institute of Technology(MIT)の研究室の中で、Sangtae Kimはスタンプの大きさの紙の薄い装置をいじっています。 キムは人間からエネルギーを収穫することに興味があります（映画の中で人々を電池に変えるようなものではありませんが、マトリックス）。 彼は、歩行や走行などの動きをセンサーやウェアラブルガジェットに電力を供給するために活用したいと考えています。
“それは人間のエネルギーを収穫する新しい方法を提供します」とKimは彼のプロトタイプデバイスについて言います、彼は彼の顧問、Ju Li教授と他の研究者と共著した記事で最近説明しました。
“どんな動きでも収穫することは可能ですが、収穫機でいっぱいの服を望んでいません。 私は靴の底をターゲットにします–それは最もエネルギーがある場所です”とキム氏は言います。
動きを使って電気を発生させるという考えは新しいものではありませんが、それは一般的ではありません。 エネルギーに体育館で汗まみれの試しを回すモーターが付いている静止したエアロバイクがある。 しかし、人間の動きを使用するポータブルエネルギー収穫機は、まだ十分なエネルギーを生成していないため、市場に出ていない、と市場調査会社IDTechExのアナリ
人間のエネルギーの概念は有望です。 そうでなければ無駄になるエネルギーを使用することは、気候変動と戦う計画には、より少ないエネルギーやより低い炭素排出量のエネルギーを使用す
キム氏は成長する家電市場をターゲットにしている。 市場調査会社IDCによると、世界のウェアラブル電子機器の出荷台数は、2016年の予測された111mデバイスから2019年には214.6mに増加すると推定されています。 IDTechExは、年間ウェアラブルの売上高が2015年の$20bnから2025年にほぼnearly70bnにジャンプすると予想しています。
より小型で強力な電池の探求
ウェアラブルは携帯電話のようにデータをワイヤレスで収集して通信し、電池寿命を延ばすことは設計者の大きな技術的課題の一つである。 そしてちょうど携帯電話のように、それらはより薄く、より洗練されたになることへ方法にある。 Apple Watch、Google Glass、fitness and health wristbandsなどのウェアラブルのデザイナーは、これらのガジェットを充電の間に長く走らせることができる技術を探しています。 これは壁に差し込む必要がないで別の方法でエネルギー倍力を提供できる装置かより小さいスペースにより多くのエネルギーを詰めることができる
またラップトップのような家電の大半に動力を与えるリチウムイオン電池はウェアラブルのための主力の動力源である。 しかし、カリフォルニア州のバッテリー開発者であるImprint EnergyのCEO、Christine Ho氏によると、より厳しいスペースに合わせて縮小する必要がある場合、その性能は低下
“これは、より創造的に考える必要があることを認識し始めている製品デザイナーにとって難問です”とHo氏は言います。 「新しい電池には需要を満たす機会があります。”
サムスンのようなガジェットメーカーは、指、手首、足首を包むウェアラブルに簡単に収まるように、より薄く柔軟な電池を実験しています。 Imprint Energyは、リチウムよりも一定量のエネルギーを貯蔵でき、安全で無毒な超薄型で柔軟な亜鉛電池を開発しているとHo氏は述べています。
しかし、これらの新興の電池技術は高価で大量生産が難しい傾向があります。 市場調査会社Lux Researchのアナリスト、Tony Sun氏は、ウェアラブルデバイス用の超薄型で柔軟な電池の販売は、2020年までに300mに達すると予想されています。 売上高は、それまでになんと$4bnにジャンプすることができ、彼は予測していますが、それらの電池は、リチウムイオン電池のレベルに価格で降りてくる これには、技術的なブレークスルーのための多額の投資が必要だとSunは付け加えています。
エネルギーハーベスティング
人間の動きを利用するという考えは、2013年のある夜、リチウムイオン電池についての議論が含まれている材料科学研究者の会議に出席したばかりの李から電子メールを受け取った金に来た。 リチウム電池に応力を加えると、電圧が変化し、電池の容量が減少します。 しかし、このストレスを有利にすることができればどうなりますか？
“それは完全に私を目が覚めた二文の電子メールだった、”キムは回想します。 “その後、私はこのデバイスを設計し始めました。 それを構築するのに1年かかり、それが何をしているのかを完全に理解するのに1年かかりました。 私たちはそれが副作用ではないことを確認したかったのです。”
キムが思いついたのは、電池と同様の構造を持つデバイスです：液体電解質によって分離された2つの導電性電極。 電池とは違って、エネルギー収穫機は両方の電極のために同じ混合物、リチウムおよびケイ素の組合せを、使用する。 これは物理的な圧力が適用されるときvolleying効果を作成する。
圧力は一方の電極にリチウムイオンを吐き出させ、その過程で平衡を崩し、他方の電極が開放されて拒絶されたリチウムを受け入れる。 電解質は、リチウムイオンと電子に分離するためにそれらを強制します。 電子は回路を通って移動し、電気として捕獲されます。 その後、電子はもう一方の端のリチウムイオンと出会い、電極に移動します。
デバイスの曲げを解除すると、応力が取り除かれ、電子とリチウムイオンが他の方向に移動します。 この反転は、2つが元の電極に戻る前に、別の電流の流れを作り出します。
キムのプロトタイプはまだウェアラブルのための十分な電力を生成していません。 彼は、その効率–電気に変換される機械的エネルギーの割合–を0から高める必要があると言います。6%から6%、それをバンドのような装置のために十分に強力にさせるため。
エネルギーハーベスターのエネルギー出力と寿命を延ばすことは、その使用を普及させるために重要であると、カリフォルニア州に拠点を置くWhistle Labsの共同創設者で技術責任者であるKevin Lloydは述べています。
“ウェアラブルデバイスの構築を見ると、科学、バッテリ寿命、コストのバランスが取れています”とLloyd氏は言います。 “あなたは毎日充電するためにあなたのペットの襟を脱ぐ必要はありません。 あなたが一週間または二週間の休暇にあるとき、あなたはそれがその全体の時間のために持続したいです。”
エネルギー収穫機を機能させるもう一つの障害：私たちの体の動きは予測可能でも一貫していないため、いつでも信頼できる量のエネルギーを生成する
ウェアラブルガジェットの研究を設計するという課題に取り組むことは重要であるとキム氏は認め、スマートウォッチや医療機器のメーカーを含む、エネルギーハーベスティングプロセスを組み込むことに興味を持っているいくつかの企業からすでに聞いていると付け加えた。
“しかし、この技術を商業化することを考える前に、まずこの技術をより成熟させる必要があります”と彼は言います。
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