Американские ученые создали носимую микросеть, которая позволяет заряжать электронные приборы, используя энергию человеческого тела. Устройство состоит из биотопливных элементов, получающих энергию от потоотделения, трибоэлектрических генераторов, активирующихся при движении, и суперконденсаторов, которые позволяют эффективно накапливать энергию. Все элементы микросети могут быть напечатаны на одежде. Статья опубликована в журнале Nature Communications
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали «носимую микросеть», состоящую из комбинации гибких электронных компонентов. Элементы сети работают за счет потоотделения и движений тела. Суперконденсаторы позволяют эффективно накапливать и использовать полученную энергию. Каждую часть системы можно нанести на одежду с помощью трафаретной печати, и разместить так, чтобы оптимизировать количество собираемой энергии.
«Мы применяем концепцию микросетей для создания носимых систем с устойчивым, надежным и независимым питанием, — рассказывает первый автор работы Лу Инь. — Подобно тому, как городская электрическая сеть объединяет множество возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце, наша микросеть объединяет устройства, которые собирают энергию из разных частей тела».
Биотопливные элементы, собирающие энергию потоотделения, расположены на груди внутри рубашки. Они содержат ферменты, вызывающие обмен электронами между молекулами лактата и кислорода в человеческом поте для выработки электричества. Трибоэлектрические генераторы изготовлены из отрицательно заряженного материала, размещенного на предплечьях, и положительно заряженного материала, находящегося по талии. При движении руки двигаются относительно туловища, и противоположно заряженные материалы взаимодействуют друг с другом, вырабатывая электричество. Суперконденсаторы накапливают энергию от обоих устройств и используются для питания электроники. Зарядка устройств быстрая и непрерывная, так что трибоэлектрические генераторы выдают энергию сразу же, как только пользователь начинает двигаться. Когда пользователь начинает потеть, в работу вступают биотопливные элементы, которые продолжают работать после остановки движения.
Ученые протестировали микросеть на испытуемых в течение 30-минутных занятий, которые состояли из тренировки на велотренажере или бега с последующим отдыхом. Система могла питать наручные часы с ЖК-дисплеем либо небольшой электрохромный дисплей. При этом биотопливные элементы обеспечивали непрерывное низкое напряжение, тогда как трибоэлектрические генераторы выдавали импульсы высокого напряжения.
Все части микросети, напечатанные на рубашке, изолированы водонепроницаемым покрытием. На характеристики детали не влияют многократные сгибания, складывания и смятия ткани, а также стирка без использования моющего средства.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
