în interiorul unui laborator de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), Sangtae Kim a lucrat cu un dispozitiv subțire de hârtie de dimensiunea unei ștampile. Kim este interesat de recoltarea energiei de la oameni (deși nu de genul care transformă oamenii în baterii în film, matricea). El vrea să exploateze mișcări, cum ar fi mersul pe jos și alergarea, pentru a alimenta senzori și gadgeturi purtabile.
„oferă un nou mod de recoltare a energiei umane”, spune Kim despre dispozitivul său prototip, pe care l-a descris recent într-un articol co-autor cu consilierul său, profesorul Ju Li și alți cercetători.
„orice mișcare este posibilă pentru recoltare, dar nu ați dori haine pline de recoltatoare. Aș viza tălpile pantofilor – acolo se află cea mai mare energie”, spune Kim.
ideea de a folosi mișcarea pentru a genera electricitate nu este nouă, deși este departe de a fi ceva obișnuit. Există biciclete de exerciții staționare cu motoare pentru a transforma antrenamentele transpirate la sală în energie. Dar recoltatoarele portabile de energie care folosesc mișcarea umană nu au ajuns pe piață, parțial pentru că încă nu au generat suficientă energie, spune Harry Zervos, analist la firma de cercetare de piață IDTechEx.
conceptul de energie umană este promițător. Utilizarea energiei care altfel ar fi irosită este atrăgătoare într-un moment în care planurile de combatere a schimbărilor climatice includ utilizarea mai puțină energie sau energie cu emisii mai mici de carbon.
Kim vizează o piață în creștere a electronicelor de consum. Se estimează că livrările de electronice purtabile la nivel mondial vor crește de la un număr estimat de 111 milioane de dispozitive în 2016 la 214,6 milioane în 2019, potrivit IDC, o firmă de cercetare de piață. IDTechEx se așteaptă ca vânzările anuale de articole de îmbrăcăminte să sară de la 20 de miliarde de dolari în 2015 la aproape 70 de miliarde de dolari în 2025.
căutarea unor baterii mai mici și mai puternice
purtabile colectează și comunică date fără fir, cum ar fi telefoanele mobile, iar prelungirea duratei de viață a bateriei este una dintre marile provocări tehnice pentru designeri. Și la fel ca telefoanele mobile, sunt pe cale să devină mai subțiri și mai sofisticate. Designerii de articole purtabile – cum ar fi Apple Watch, Google Glass și brățări de fitness și sănătate – caută tehnologie care ar putea menține aceste gadgeturi funcționând mai mult timp între Încărcare. Aceasta înseamnă baterii care pot împacheta mai multă energie în spațiu mai mic sau dispozitive care altfel ar putea oferi un impuls de energie fără a fi nevoie să se conecteze la perete.
bateriile litiu-ion, care alimentează și majoritatea electronicelor de consum, cum ar fi laptopurile, sunt sursa de alimentare pentru purtabile. Dar performanța lor scade atunci când trebuie să se micșoreze pentru a se potrivi spațiilor mai strânse, potrivit Christine Ho, CEO al Imprint Energy, dezvoltator de baterii din California.
„este o enigmă pentru designerii de produse, care încep să-și dea seama că trebuie să gândească mai creativ”, spune Ho. „Bateriile noi au posibilitatea de a satisface cererea.”
producătorii de gadgeturi, cum ar fi Samsung, experimentează cu baterii mai subțiri și flexibile, astfel încât să se poată încadra mai ușor în purtabile care se înfășoară în jurul degetului, încheieturii și gleznei. Imprint Energy dezvoltă baterii de zinc ultra-subțiri și flexibile, care pot stoca mai multă energie într-un volum dat decât litiul și sunt sigure și netoxice, spune Ho.
dar aceste tehnologii emergente pentru baterii tind să fie scumpe și greu de produs în masă. Vânzările de baterii ultra-subțiri și flexibile pentru dispozitive purtabile sunt așteptate să ajungă la 300 de milioane de dolari până în 2020, spune Tony Sun, analist la firma de cercetare de piață Lux Research. Vânzările ar putea sări la 4 miliarde de dolari până atunci, prezice el, dar numai dacă aceste baterii pot scădea în preț la nivelurile bateriilor litiu-ion. Acest lucru ar necesita investiții semnificative pentru descoperiri tehnice, adaugă Sun.
recoltarea energiei
ideea exploatării mișcărilor umane i-a venit lui Kim într-o noapte din decembrie 2013, când a primit un e-mail de la Li, care tocmai participase la o întâlnire a cercetătorilor în știința materialelor, unde discuțiile despre bateriile litiu-ion au inclus o discuție despre stresul asupra bateriei. Aplicarea stresului pe o baterie cu litiu modifică tensiunea și reduce capacitatea bateriei. Dar dacă ai putea transforma acest stres într-un avantaj?
„a fost un e-mail cu două propoziții care m-a trezit complet”, își amintește Kim. „Apoi am început să proiectez acest dispozitiv. Mi-a luat un an să-l construiesc și încă un an să înțeleg pe deplin ce făcea. Am vrut să ne asigurăm că nu este un efect secundar.”
ceea ce a venit Kim este un dispozitiv care are o structură similară cu o baterie: doi electrozi conductori separați de un electrolit lichid. Spre deosebire de o baterie, mașina de recoltat energie folosește același compus, un amestec de litiu și siliciu, pentru ambii electrozi. Acest lucru creează un efect de volleying atunci când se aplică stres fizic.
presiunea forțează un electrod să scuipe ioni de litiu și în acest proces supără un echilibru care face ca celălalt electrod să se deschidă și să accepte litiul respins. Electrolitul îi obligă să se separe în ioni de litiu și electroni. Electronii călătoresc printr-un circuit și sunt capturați ca electricitate. Electronii se întâlnesc apoi cu ioni de litiu la celălalt capăt și se deplasează în electrod.
îndreptarea dispozitivului îndepărtează stresul și determină electronii și ionii de litiu să călătorească în cealaltă direcție. Această inversare creează un alt flux de curent electric înainte ca cei doi să se întoarcă acasă la electrodul original.
prototipul lui Kim nu generează încă suficientă energie electrică pentru purtabile. El spune că trebuie să-și sporească eficiența-procentul de energie mecanică care se transformă în energie electrică – de la 0.6% la 6%, pentru a face suficient de puternic pentru dispozitive, cum ar fi mansete.
creșterea producției de energie și a duratei de viață a unei mașini de recoltat energie va fi crucială pentru popularizarea utilizării acesteia, spune Kevin Lloyd, co-fondator și șef de tehnologie la Whistle Labs din California, care a dezvoltat un guler pentru animale de companie bazat pe GPS pentru urmărirea locației, sănătății și a altor activități ale prietenului tău blănos.
„când ne uităm la construirea dispozitivelor purtabile, echilibrăm știința, durata de viață a bateriei și costurile”, spune Lloyd. „Nu doriți să vă scoateți gulerul animalului de companie pentru a încărca în fiecare zi. Când sunteți în vacanță timp de una sau două săptămâni, doriți să dureze tot timpul.”
un alt obstacol în calea funcționării recoltei de energie: mișcările corpului nostru nu sunt previzibile sau consecvente, ceea ce face dificilă generarea unei cantități fiabile de energie la un moment dat, spune Ho.
abordarea provocării de a-și proiecta cercetarea într-un gadget portabil va fi importantă, recunoaște Kim, adăugând că a auzit deja de la câteva companii, inclusiv producători de ceasuri inteligente și dispozitive medicale, care sunt interesați să încorporeze procesul de recoltare a energiei.
„dar trebuie să facem această tehnologie mai matură mai întâi, înainte de a ne gândi să o comercializăm”, spune el.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragrafe}}{{highlightedText}}
{{#choiceCards}}
{{/choiceCards}}
- distribuie pe Facebook
- distribuie pe Twitter
- distribuie prin e-mail
- distribuie pe LinkedIn
- distribuie pe WhatsApp
- distribuie pe Messenger