100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разработано носимое устройство для сбора энергии с кончиков пальцев

Разработано носимое устройство для сбора энергии с кончиков пальцев

Разработано носимое устройство для сбора энергии с кончиков пальцев

Новости

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего представили новое носимое устройство, которое способно собирать энергию с кончиков пальцев рук. В настоящее время это изобретение считается самым эффективным среди когда-либо созданных, если сравнивать затраченную и получаемую энергию. Главным ее источником является пот, выступающий на коже, а дополнительным – механические действия человека.

Главной целью проекта, по словам старшего автора профессора Джозефа Вана, было создание устройства, адаптированного к повседневной деятельности человека. Генерировать энергию можно без особых усилий и при помощи привычных занятий: работы за компьютером, сна и т.п. В отличие от предыдущих носимых устройств, новая модель не требует интенсивных упражнений.

Фиксация устройства на пальце

Фиксация устройства на пальце

Расположение носимых элементов на кончиках пальцев неслучайно: именно эти участки человеческого тела содержат больше всего потовых желез. Скорость отделения пота может составлять несколько микролитров в минуту на участке в 1 см 2 .

Размер носимого элемента приблизительно такой же. Он тонкий и гибкий, поэтому остается практически неощутимым в процессе длительного использования. Эффективность работы устройства заключается в наличии встроенного биотопливного элемента. Содержащееся в нем соединение лактата растворяется в человеческом поту и производит энергию. Для наилучшего впитывания пота предусмотрен слой гидрогеля.

В ходе испытаний нового устройства обнаружено, что на протяжении 10-часового сна оно производит около 300 мДж энергии вообще без участия человека. А еще дополнительные 30 мДж в час можно получить при легких прикосновениях пальца к различным поверхностям. Этого количества в целом достаточно для питания небольших электронных гаджетов.

Вариант применения устройства: измерение количества витамина С в организме

Вариант применения устройства: измерение количества витамина С в организме

В мире уже активно используются технологии, которые генерируют большие объемы энергии на основе тепла человеческого тела. Некоторыми из них уже никого не удивить. Например, смарт-часы, которые не требуют зарядки вообще – аккумулятор подзаряжается в процессе использования от тепла тела.

Но есть и более интересные проекты. На центральном вокзале Стокгольма установлены теплообменники, которые превращают огромное количество тепла в горячую воду. Этой водой в дальнейшем на 25% отапливаются соседние здания. Тепло образуется за счет ежедневного посещения вокзала сотнями тысяч людей. А в Англии действует экологичный танцпол, который вырабатывает энергию за счет пьезоэлектрического покрытия и движения сотен человек на нем.

Читайте так же:
Как производят шины для машины

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Биотопливный элемент на кончике пальца питает энергией носимые гаджеты

Исследователи разработали небольшую гибкую полоску, которая прикрепляется к пальцу и улавливая влагу из пота, превращает ее в электроэнергию. Устройство, закрепленное только на одном пальце после десяти часов ношения может обеспечить питанием часы в течение суток.

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали тонкую гибкую полоску, которую можно носить на кончике пальца. Она вырабатывает небольшое количество электрической энергии, когда палец человека потеет или, когда пользователь нажимает на него – то есть от простых движений пальцами, таких как набор текста, щелчок мышью, либо игра на пианино. Данное устройство генерирует энергию, даже когда человек сидит неподвижно или спит.

Биотопливный элемент, Калифорнийский университет

Данное устройство является достаточно эффективным и может производить 300 миллиджоулей (мДж) энергии на квадратный сантиметр даже без каких-либо затрат механической энергии — в течение 10-часового сна. А одно нажатие пальца генерирует дополнительно 30 мДж энергии. И это всего лишь при установке на один палец.

Для сравнения, один миллиджоуль эквивалентен количеству энергии, выделяемой монетой достоинством в один евро цент, падающей с высоты 5 сантиметров.

Данный биотопливный элемент может быть использован в любой повседневной деятельности, связанной с прикосновением, которые человек обычно выполняет на работе, дома, во время просмотра телевизора или даже еды.

Для сбора пота с маленькой площади необходимы инновационные материалы и исследователям пришлось проанализировать различные устройства, чтобы они были суперпоглощающими и могли эффективно преобразовывать химические вещества человеческого пота в электрическую энергию.

В целом устройство представляет собой тип сборщика энергии, называемого биотопливным элементом (BFC), и работает за счет лактата, соединения, растворенного в поту.

Электроды оснащены ферментами, которые запускают химические реакции между молекулами лактата и кислорода для выработки электричества. Под электродами находится чип, сделанный из пьезоэлектрического материала, который генерирует дополнительную электрическую энергию при нажатии.

Читайте так же:
Почему необходимо потреблять твердую пищу?

Когда пользователь потеет или нажимает на полоску, электрическая энергия накапливается в небольшом конденсаторе и при необходимости разряжается на другие устройства.

Снаружи оно выглядит как простой кусок пены, прикрепленный к подушечке пальца и подключенный к цепи электродами. Пена сделана из материала углеродных нанотрубок, а устройство содержит гидрогель, который помогает максимально впитывать пот.

Биотопливный элемент, Калифорнийский университет

Разработчики утверждают, что новое носимое устройство, которое оборачивается вокруг пальца, как пластырь, может собирать пот, пока вы спите, и использовать его для выработки электроэнергии.

Исследователи смогли использовать устройство для питания эффективных систем определения витамина C и натрия, и они с оптимизмом смотрят на усовершенствование устройства, чтобы в будущем иметь еще большие возможности, которые могут сделать его пригодным для применения в области здравоохранения, в частности, диагностики самочувствия, содержания сахара в крови и пр.

С этой целью команда продолжает исследования, чтобы устройство стало более эффективным и долговечным, а также пытаются объединенить его с другими типами сборщиков энергии для создания нового поколения носимых систем с автономным питанием.

Эта новейшая технология уникальна тем, что может служить источником энергии в любое время и в любом месте. У нее нет ограничений, как у солнечных элементов, которые работают только при наличии солнечного света, или как у термоэлектрических генераторов, требующих значительной разницы температур между устройством и окружающей средой.

Крошечное устройство на кончике пальца генерирует энергию из пота человека даже во время сна

Крошечное устройство на кончике пальца генерирует энергию из пота человека даже во время сна

В наши дни постепенно формируется отдельная, захватывающая область исследований, посвященных тому, как носимые устройства будущего могут работать за счет человеческого тела. В авангарде этих разработок находится команда инженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего. Последнее творение группы использует большое количество самого обычного пота для выработки электричества, когда пользователь сидит, лежит или даже спит, обеспечивая потенциально круглосуточный источник энергии.

Среди множества носимых датчиков и устройств, работающих от пота, которые были представлены за последние годы, команда Калифорнийского университета предложила немало многообещающих примеров. Еще в 2014 году ученые продемонстрировали временную татуировку, которая работала как биобатарея, работающая от пота, а в прошлом году они показали носимый датчик витамина С, питаемый аналогичным способом. Совсем недавно команда разработала умную рубашку, которая также вырабатывает электричество за счет пота и движения.

Читайте так же:
Как устроена работа уборщицы в гей-клубе

Новое же устройство описывается как первое в своем роде, поскольку оно может генерировать энергию, даже когда пользователь спит или сидит неподвижно. Это может открыть некоторые очень интересные возможности в области носимых гаджетов, поскольку такой прибор потенциально может действовать как источник питания в любом месте и в любое время.

«В отличие от других носимых устройств с питанием от пота, это не требует упражнений или физического участия пользователя», — рассказал один из ведущих авторов Лу Инь. «Эта работа — шаг вперед к тому, чтобы сделать носимые устройства более практичными, удобными и доступными для обычного человека».

В ходе работы команде пришлось проявить творческий подход к объединению смеси компонентов, которые могут как поглощать пот, так и преобразовывать его в энергию. Тонкая полоска, похожая на пластырь, состоит из электродов из углеродной пены, которая впитывает пот и использует специальный набор ферментов для запуска химических реакций между молекулами лактата и кислорода внутри него. Они, в свою очередь, генерируют электричество, которое хранится в небольшом конденсаторе.

Умещающееся на кончиках пальцев, устройство использует более тысячи потовых желез на каждом из них. Удивительно, но окончания наших пальцев производят от 100 до 1000 раз больше пота, чем большинство других частей тела. Поэтому авторы описывают кончики пальцев как 24-часовые «фабрики потоотделения».

Нажми и смотри

«Причина, по которой мы чувствуем потливость на других частях тела, заключается в том, что эти места плохо вентилируются», — пояснил Инь. «Напротив, кончики пальцев всегда находятся под воздействием воздуха, поэтому пот быстро испаряется, когда выходит наружу. Но вместо того, чтобы дать ему испариться, мы используем наше устройство для сбора этого пота, который может генерировать значительное количество энергии».

Успех кроется в комплексном подходе. Под электродами устройство также имеет прослойку пьезоэлектрического материала, который генерирует дополнительное электричество в ответ на давление. Это означает, что такие действия, как набор текста, залипание в смартфон или игра на пианино, также могут привести к увеличению выработки энергии.

Читайте так же:
День народного единства – интересные факты, фото и видео

В одном эксперименте испытуемые носили устройство на кончике пальца в течение 10 часов сна, и в результате прибор генерировал почти 400 миллиджоулей энергии. По словам ученых, этого достаточно для питания электронных часов в течение 24 часов. Один час «случайного» набора текста и щелчков мышью позволил устройству генерировать почти 30 миллиджоулей.

«Сравните это с устройством, которое собирает энергию во время упражнений», — объясняет Инь. «Когда вы бежите, то тратите сотни джоулей энергии только на то, чтобы устройство генерировало миллиджоули энергии. В этом случае окупаемость ваших энергетических инвестиций будет очень низкой. Но с новым устройством отдача очень высока. Когда вы спите, вы не работаете. Даже одним нажатием пальца вы тратите всего лишь полмиллиджоуля».

В отдельных экспериментах команда использовала устройство для сбора энергии и питания химических датчиков и дисплеев, включая вышеупомянутый датчик витамина С, разработанный ранее. Сейчас ученые дорабатывают прибор, чтобы сделать его более эффективным и долговечным, и надеются объединить наработки с другими сборщиками энергии для создания новых типов носимых устройств с автономным питанием.

«Наша цель — сделать такие приборы практичными», — заявил Инь. «Мы хотим показать, что это не просто еще одна крутая, но бесполезная штука, которая может генерировать небольшое количество энергии, — мы действительно можем использовать энергию для питания полезной электроники, такой как датчики и дисплеи».

Разработано новое устройство для сбора энергии с потных пальцев

В статье, опубликованной в журнале Joule, сообщается, что учёные разработали новое устройство, которое собирает энергию из пота на кончиках пальцев. На сегодняшний день это устройство является самым эффективным из когда-либо изобретенных.

Старший автор разработки Джозеф Ван, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете Сан-Диего, рассказывает: “Мы хотели создать устройство, адаптированное к повседневной деятельности, которое не требует почти никаких энергетических вложений. Вы можете полностью забыть об устройстве и пойти спать или заняться настольной работой, например, печатать, но все равно продолжать генерировать энергию. Вы можете назвать это “сила от ничегонеделания”.

Читайте так же:
Астрономы обнаружили в Млечном Пути огромнейшую волну газа и молодых звезд

Сообщается, что предыдущие энергетические устройства на основе пота требовали интенсивных упражнений, таких как длительный бег или езда на велосипеде, прежде чем пользователь потел достаточно, чтобы активировать выработку энергии.

Устройство относится к тому, что авторы называют “святым граалем” категории энергетических комбайнов. Вместо того чтобы полагаться на внешние, нерегулярные источники, такие как солнечный свет или движение, все, что ему нужно, – это прикосновение пальцев, чтобы собрать более 300 МДж энергии во время сна, что, по словам авторов, достаточно для питания небольшой носимой электроники. Поскольку никакого движения не требуется, соотношение между собранной энергией и вложенной энергией, по существу, бесконечно.

Известно, что разработка представляет собой тип энергетического комбайна, называемого биотопливным элементом (БФК), и питается лактатом, растворенным соединением в поте. Снаружи он выглядит как простой кусок пенопласта, подключенный к цепи с электродами, каждый из которых прикреплен к подушечке пальца. Пена сделана из материала углеродных нанотрубок. Устройство также содержит гидрогель, который помогает максимизировать поглощение пота.

“Размер устройства составляет около 1 сантиметра в квадрате. Его материал гибкий, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, что он слишком жесткий или странный. Вы можете с комфортом носить его в течение длительного периода времени”, – сообщают разработчики.

Исследователи смогли использовать приспособление для питания эффективных систем, чувствительных к витамину С и натрию. Они с оптимизмом смотрят на его улучшение, чтобы иметь еще большие возможности в будущем. Планируется сделать его пригодным для исследования здоровья и хорошего самочувствия, например, в глюкометрах для людей с диабетом.

“Мы хотим сделать это устройство более плотно интегрированным и носимые формы, такие как перчатки. Также изучаем возможность включения беспроводного подключения к мобильным устройствам для расширенного непрерывного зондирования”, – делятся учёные.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию