Исследователи разработали новое устройство, которое собирает энергию из пота на всех участках ваших пальцев. На сегодняшний день это устройство является наиболее эффективным из когда-либо изобретенных сборщиков энергии на теле, производя 300 миллиджоулей (мДж) энергии на квадратный сантиметр без каких-либо затрат механической энергии во время 10-часового сна и дополнительных 30 мДж энергии при однократном нажатии. пальца. Исследователи говорят, что это устройство представляет собой значительный шаг вперед в области самодостаточной носимой электроники.
Обычно требуется максимальная отдача от инвестиций в энергию. Не стоит тратить много энергии на упражнения, чтобы вернуть лишь немного энергии », - говорит старший научный сотрудник, профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Но здесь мы хотели создать устройство, адаптированное к повседневной деятельности, которое почти не требует затрат энергии - вы можете полностью забыть об устройстве и пойти спать или выполнять настольную работу, например печатать, но при этом продолжать генерировать энергию. Вы можете назвать это «силой бездействия» ».
Предыдущие энергетические устройства на основе пота требовали интенсивных упражнений, таких как много бега или езды на велосипеде, прежде чем пользователь вспотел настолько, чтобы активировать выработку энергии. Но большое количество энергии, потребляемой во время упражнений, может легко нейтрализовать производимую энергию, что часто приводит к окупаемости энергии менее 1%.
Напротив, это устройство относится к категории сборщиков энергии, которую исследователи называют «святым Граалем». Вместо того, чтобы полагаться на внешние, нерегулярные источники, такие как солнечный свет или движение, все, что ему нужно, - это контакт пальцем, чтобы собрать более 300 мДж энергии во время сна - чего, по словам авторов, достаточно для питания небольшой носимой электроники. Поскольку движение не требуется, соотношение между собранной и вложенной энергией по существу бесконечно.
Может показаться странным выбирать кончики пальцев в качестве источника пота, скажем, под подмышками, но на самом деле кончики пальцев имеют самую высокую концентрацию потовых желез по сравнению с другими частями тела.
«Выделение большего количества пота на пальцах, вероятно, эволюционировало, чтобы помочь нам лучше держать предметы», - говорит первый исследователь, доктор философии по наноинженерии. студент, работающий в лаборатории Ванга. «Скорость потоотделения на пальце может достигать нескольких микролитров на квадратный сантиметр в минуту. Это значительно по сравнению с другими участками тела, где уровень потоотделения может быть на два или три порядка меньше ».
Устройство, разработанное исследователями в этом исследовании, представляет собой тип сборщика энергии, называемого биотопливным элементом (BFC), и работает за счет лактата, соединения, растворенного в поту. Снаружи это выглядит как простой кусок поролона, соединенный с схема с электродами, каждый из которых прикреплен к подушечке пальца. Пена сделана из материала углеродных нанотрубок, и устройство также содержит гидрогель, который помогает максимально впитывать пот.
Размер устройства около 1 сантиметра в квадрате. Его материал также гибкий, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, что он будет слишком жестким или странным. Вы можете комфортно носить его в течение длительного периода времени.
Внутри устройства происходит серия электрохимических реакций. Ячейки снабжены биоферментом на аноде, который окисляет или удаляет электроны из лактата; на катоде нанесено небольшое количество платины, чтобы катализировать реакцию восстановления, в которой электрон превращает кислород в воду. Как только это происходит, электроны текут из лактата по цепи, создавая электрический ток. Этот процесс происходит спонтанно: пока есть лактат, никакой дополнительной энергии для запуска процесса не требуется.
Отдельно от BFC, но в дополнение к нему, к устройству присоединены пьезоэлектрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электричество, для сбора до 20% дополнительной энергии. Полагаясь на естественное движение пальцев или повседневные движения, такие как набор текста, эти генераторы помогали производить дополнительные энергетика практически от любой работы: одно нажатие пальца один раз в час требует всего 0.5 мДж энергии, но производит более 30 мДж энергии, что составляет 6,000% возврата инвестиций.
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 и хорошего самочувствия, таких как глюкоза. метров для людей с сахарным диабетом. Они хотят сделать это устройство более плотно интегрированным в носимые формы, такие как перчатки. Мы также изучаем возможность включения беспроводного подключения к мобильным устройствам для расширенного непрерывного зондирования.
