Nowy wynalazek uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego potrafi zamienić pot w źródło energii dla małych urządzeń elektronicznych i czujników medycznych. Cienki, elastyczny pasek przypominający plaster, który można nosić na czubkach palców, pozwala także na generowanie mocy z lekkich naciśnięć na opuszki, np. podczas pisania na klawiaturze.
Wyjątkową cechą tego urządzenia jest to, że generuje energię nawet wtedy, gdy użytkownik śpi lub siedzi nieruchomo. Wszystko dzięki opracowaniu przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego sposobu na wykorzystanie energii z ludzkiego potu.
Naukowcy przekonują, że to pierwsze podobne urządzenie na świecie, które może zwiastować rewolucję w podejściu do projektowania urządzeń typu werables (tzw. ubrania i urządzenia elektroniczne do noszenia, jak chociażby smartwatch). - W przeciwieństwie do innych tego typu wynalazków zasilanych ruchem, nasze urządzenie nie wymaga żadnych ćwiczeń, żadnego fizycznego wkładu ze strony użytkownika. To krok naprzód w kierunku uczynienia podobnych urządzeń bardziej praktycznymi, wygodnymi i dostępnymi dla zwykłych ludzi – przekonuje współautor badań Lu Yin z San Diego Jacobs School of Engineering.
Opis wynalazku ukazał się w czasopiśmie „Joule” (DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.004).
Urządzenie generuje moc nawet z lekkich z nacisków na opuszki palców. Zatem czynności takie jak pisanie na klawiaturze, pisanie SMS-ów, gra na pianinie lub zwykłe stukanie palcami w stół mogą również stać się źródłami energii.
- Przewidujemy, że nasze urządzenie może być wykorzystywane w każdej codziennej czynności wymagającej dotyku. Chodzi zatem o rzeczy, które ludzie normalnie wykonują w pracy, w domu, podczas oglądania telewizji lub jedzenia – tłumaczy główny autor badań prof. Joseph Wang. – Chcemy, aby podobne generatory pracowały dla ludzi, którzy nawet nie będą o nich myśleć – dodaje.
Urządzenie większość energii czerpie z potu produkowanego przez opuszki palców, a opuszki wytwarzają pot bez przerwy, 24 godz. na dobę. Niewielu ludzi wie, że to właśnie koniuszki palców są jednym z najmocniej pocących się miejsc na ciele. Każdy opuszek jest wypełniony ponad tysiącem gruczołów potowych i może produkować od 100 do 1000 razy więcej potu, niż większość innych miejsc na ciele.
Dlaczego zatem czujemy się bardziej spoceni na innych częściach ciała? - Powodem jest to, że te miejsca nie są dobrze wentylowane – tłumaczy Yin. – Z kolei opuszki palców są zawsze wystawione na działanie powietrza, więc pot szybko odparowuje. Używamy naszego urządzenia do zbierania potu z opuszków, zanim ten się ulotni. Może to wygenerować znaczną ilość energii – dodaje.
Nie każde urządzenie napędzane potem może działać na opuszku palca. Zbieranie wydzieliny z tak małego obszaru i uczynienie jej użytecznym wymagało innowacyjnego podejścia. Naukowcy musieli opracować różne części urządzenia tak, aby były superchłonne i wydajne w przekształcaniu substancji chemicznych zawartych w ludzkim pocie na energię elektryczną.
Oprócz Yina w skład zespołu kierowanego przez prof. Wanga weszli także Jong-Min Moonem i Juliane Sempionatto. To prof. Wang wraz z zespołem stworzyli 8 lat temu pionierskie urządzenia przetwarzające pot w energię elektryczną. Od tamtego czasu rozwijają tę technologię, aby stworzyć nowe i lepsze sposoby zasilania urządzeń, wykorzystujących jako źródło energii samych ludzi.
Nowo opracowana technologia pozyskiwania energii jest wyjątkowa, ponieważ może służyć jako źródło zasilania w dowolnym miejscu i czasie. Nie ma ona takich ograniczeń jak np. ogniwa słoneczne, które działają tylko w świetle słonecznym, czy generatory termoelektryczne, które działają tylko wtedy, gdy między urządzeniem a otoczeniem jest duża różnica temperatur.
Urządzenie ma postać cienkiego, elastycznego paska, który można owinąć wokół opuszka palca jak bandaż. Zamieszczone wewnątrz elektrody z pianki węglowej pochłaniają pot i przekształcają go w energię elektryczną. Elektrody są wyposażone w specjalne enzymy, które uruchamiają reakcje chemiczne, wytwarzające energię z potu.
Dodatkowo pod elektrodami znajduje się chip wykonany z materiału piezoelektrycznego, który po naciśnięciu generuje dodatkową energię elektryczną. Gdy użytkownik poci się lub naciska na pasek, energia elektryczna jest magazynowana w małym kondensatorze i w razie potrzeby przekazywana do innych urządzeń.
W trakcie badań naukowcy przetestowali urządzenie na ochotnikach, którym założono opaskę na jeden opuszek palca. Po 10 godzinach snu udało się zebrać prawie 400 milidżuli energii, co wystarczyłoby do zasilania elektronicznego zegarka na rękę przez całą dobę. Z jednej godziny zwykłego pisania na klawiaturze i klikania myszką, urządzenie zebrało prawie 30 mJ.
I to wszystko tylko z jednego opuszka palca. Naukowcy przekonują, że urządzenie zamocowane na pozostałych opuszkach pozwoliłyby na wygenerowanie do 10 razy większej ilości energii. - Wykorzystując pot na opuszkach palców, który wypływa naturalnie niezależnie od tego, gdzie jesteś i co robisz, nasza technologia zapewnia zysk w postaci energii, bez dodatkowego wysiłku ze strony użytkownika – mówi Wang.
Naukowcy są zdania, że ich nowy wynalazek jest bardzo wydajny energetycznie, ponieważ nie trzeba wkładać wielkich ilości energii w „odzyskanie” jej małych porcji, jak to ma miejsce w przypadku wcześniej opracowanych materiałów, generujących energię w trakcie uprawiania sportu.
Co więcej badacze przekonują, że ich urządzenie to nie tylko fajny gadżet do generowania prądu, ale można je także wykorzystać w praktyce do zasilania różnych czujników medycznych, czy małych wyświetlaczy. Opracowane przez badaczy systemy zasilane nowym wynalazkiem odczytywały np. poziomy różnych substancji w organizmie.
- Naszym celem jest wykorzystanie podobnych urządzeń w praktyce - mówi Yin. - Chcemy udowodnić, że nie jest to tylko kolejny gadżet, który może wygenerować niewielką ilość energii i na tym koniec. Możemy faktycznie wykorzystać tę energię do zasilania użytecznej elektroniki, takiej jak czujniki i wyświetlacze – podkreśla naukowiec.
Zespół cały czas pracuje nad dalszymi ulepszeniami urządzenia, tak aby było ono bardziej wydajne i wytrzymałe. W przyszłości naukowcy planują połączenie różnych typów urządzeń generujących energię z ruchu w jeden mechanizm. Być może już niedługo nasze ubrania będą generowały znaczne ilości energii wykorzystując do tego jedynie nasze ciała.
Źródło i fot.: University of California San Diego
