Inne I et laboratorium Ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), Sangtae Kim har tinkert med en papirtynn enhet på størrelse med et stempel. Kim er interessert i å høste energi fra mennesker (men ikke den typen som gjør folk til batterier i filmen, The Matrix). Han ønsker å utnytte bevegelser, som å gå og løpe, til kraftsensorer og bærbare gadgets.
«Det gir en ny måte å høste menneskelig energi på,» Sier Kim om prototypenheten, som Han nylig beskrev i en artikkel medforfatter med sin rådgiver, Prof Ju Li og andre forskere.
«enhver bevegelse er mulig å høste, men du vil ikke ha klær fulle av hogstmaskiner. Jeg ville målrette sålene på sko – det er der mest energi er plassert, » Sier Kim.
ideen om å bruke bevegelse for å generere elektrisitet er ikke ny, selv om det er langt fra vanlig. Det er stasjonære treningscyklar med motorer for å gjøre svette treningsøkter på treningsstudioet til energi. Men bærbare energiopptakere som bruker menneskelig bevegelse, har ikke rammet markedet, delvis fordi de ennå ikke har generert nok energi, sier Harry Zervos, en analytiker med markedsundersøkelsesfirmaet IDTechEx.
det menneskelige energikonseptet er lovende. Å bruke energi som ellers ville være bortkastet, er tiltalende i en tid da planer om å bekjempe klimaendringer inkluderer å bruke mindre energi eller energi med lavere karbonutslipp.
Kim er rettet mot et voksende forbrukerelektronikkmarked. Forsendelser av bærbar elektronikk over hele verden anslås å øke fra en spådd 111m enheter i 2016 til 214.6 m i 2019, ifølge IDC, et markedsundersøkelsesfirma. IDTechEx forventer at det årlige wearables-salget vil hoppe fra $20bn i 2015 til nesten $ 70bn i 2025.
Søken etter mindre kraftigere batterier
Wearables samler inn og kommuniserer data trådløst, som mobiltelefoner, og forlengelse av batterilevetiden er en av de store tekniske utfordringene for designere. Og akkurat som mobiltelefoner, de er på vei til å bli tynnere og mer sofistikert. Designere av wearables – Som Apple Watch, Google Glass og fitness og helse armbånd-er på jakt etter teknologi som kan holde disse gadgets kjører lenger mellom lading. Dette betyr batterier som kan pakke mer energi inn i mindre plass eller enheter som ellers kunne gi en energi boost uten å måtte plugge inn i veggen.
Litium-ion-batterier, som også driver de fleste forbrukerelektronikk som bærbare datamaskiner, er go-to strømkilde for wearables. Men deres ytelse avtar når de må krympe for å passe strammere mellomrom, ifølge Christine Ho, ADMINISTRERENDE DIREKTØR I Imprint Energy, en batteriutvikler i California.
«Det er en gåte for produktdesignere, som begynner å innse at de trenger å tenke mer kreativt,» Sier Ho. «Nye batterier har muligheten til å møte etterspørselen.»
Gadgetprodusenter, Som Samsung, eksperimenterer med batterier som er tynnere og fleksible, slik at de lettere kan passe inn i wearables som vikler rundt finger, håndledd og ankel. Imprint Energy utvikler ultratynne og fleksible sinkbatterier, som kan lagre mer energi i et gitt volum enn litium og er trygge og giftfrie, sier Ho.
men de nye batteriteknologiene pleier å være dyre og vanskelig å masseprodusere. Salg av ultra-tynne og fleksible batterier for bærbare enheter forventes å nå $300m innen 2020, sier Tony Sun, en analytiker med markedsundersøkelsesfirmaet Lux Research. Salget kan hoppe til en enorm $ 4bn da, spår han, men bare hvis disse batteriene kan komme ned i pris til nivåene av litium-ion-batterier. Dette vil kreve betydelige investeringer for tekniske gjennombrudd, Legger Sun til.
energihøsting
Ideen om å utnytte menneskelige bevegelser kom Til Kim en natt i desember 2013, da Han fikk en e-post Fra Li, som nettopp hadde deltatt På et møte med materialvitenskapsforskere der samtaler om litiumionbatterier inkluderte en diskusjon om stress på batteriet. Bruk av stress på et litiumbatteri endrer spenningen og reduserer batteriets kapasitet. Men hva om du kunne gjøre dette stresset til en fordel?
«Det var en to-setning e-post som helt vekket meg opp,» Kim minnes. «Så begynte jeg å designe denne enheten. Det tok meg et år å bygge det og et år for å forstå hva det gjorde. Vi ønsket å sørge for at det ikke var en bivirkning.»
Hva Kim kom opp med er en enhet som har en lignende struktur som et batteri: to ledende elektroder skilt av en flytende elektrolytt. I motsetning til et batteri bruker energy harvester den samme forbindelsen, en blanding av litium og silisium, for begge elektroder. Dette skaper en volleying effekt når fysisk stress påføres.
trykket tvinger en elektrode til å spytte ut litiumioner og i prosessen forstyrrer en likevekt som får den andre elektroden til å åpne opp og akseptere det avviste litiumet. Elektrolytten tvinger dem til å skille seg inn i litium-ioner og elektroner. Elektronene reiser gjennom en krets og blir fanget som elektrisitet. Elektronene møtes deretter med litiumioner i den andre enden og beveger seg inn i elektroden.
Unbending enheten tar bort stresset og får elektronene og litiumionene til å bevege seg den andre retningen. Den reverseringen skaper en annen strøm av elektrisk strøm før de to kommer hjem til den opprinnelige elektroden.
Kims prototype genererer ennå ikke nok strøm til wearables. Han sier at han trenger å øke effektiviteten – prosentandelen mekanisk energi som blir omgjort til elektrisitet – fra 0.6% til 6%, for å gjøre det kraftig nok for enheter som armbånd.
Å Øke energiproduksjonen og levetiden til en energiopptaker vil være avgjørende for å popularisere bruken, sier Kevin Lloyd, medstifter og teknologisjef ved California-baserte Whistle Labs, som har utviklet EN GPS-basert pet-krage for å spore plasseringen, helsen og andre aktiviteter til din furrige venn.
«Når Vi ser på å bygge bærbare enheter, balanserer vi vitenskap, batterilevetid og kostnad,» Sier Lloyd. «Du vil ikke måtte ta av kjæledyrets krage for å lade hver dag . Når du er på ferie i en eller to uker, vil du at den skal vare hele tiden.»
Et annet hinder for å få energihandleren til å fungere: kroppsbevegelsene våre er ikke forutsigbare eller konsistente, noe Som gjør det vanskelig å generere en pålitelig mengde energi til enhver tid, Sier Ho.
Å Takle utfordringen med å designe sin forskning på en bærbar gadget vil være viktig, Anerkjenner Kim, og legger til at Han allerede har hørt fra noen få selskaper, inkludert produsenter av smarte klokker og medisinsk utstyr, som er interessert i å inkorporere energihøstingsprosessen.
«men vi må gjøre denne teknologien mer moden først, før vi tenker på å kommersialisere den,» sier han.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraphs}}{{highlightedText}}
{{#choiceCards}}
{{/choiceCards}}
- Del På Facebook
- Del På Twitter
- Del Via E-Post
- Del På LinkedIn
- Del På WhatsApp
- Del På Messenger