Tragbare Microgrids: Angetrieben durch Schweiß

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  Quantumrun-Vorausschau
• 4. Januar 2023

Zusammenfassung der Einblicke

Wearable-Technologieanwendungen umfassen die Überwachung der menschlichen Gesundheit, Robotik, Mensch-Maschine-Schnittstellen und mehr. Der Fortschritt dieser Anwendungen hat zu einer verstärkten Forschung an Wearables geführt, die sich ohne zusätzliche Geräte selbst mit Strom versorgen können.

Wearable Microgrids-Kontext

Forscher untersuchen, wie tragbare Geräte von einem personalisierten Mikronetz aus Schweißenergie profitieren können, um ihre Fähigkeiten zu erweitern. Ein tragbares Mikronetz ist eine Sammlung von Energiegewinnungs- und Speicherkomponenten, die es der Elektronik ermöglichen, unabhängig von Batterien zu funktionieren. Das persönliche Microgrid wird von einem System zur Erfassung, Anzeige, Datenübertragung und Schnittstellenverwaltung gesteuert. Das Konzept des tragbaren Microgrids wurde von der „Inselmodus“-Version abgeleitet. Dieses isolierte Mikronetz besteht aus einem kleinen Netzwerk von Stromerzeugungseinheiten, hierarchischen Steuersystemen und Lasten, die unabhängig vom primären Stromnetz betrieben werden können.

Bei der Entwicklung tragbarer Microgrids müssen Forscher die Nennleistung und die Art der Anwendung berücksichtigen. Die Größe des Energy Harvesters richtet sich danach, wie viel Leistung die Anwendung benötigt. Beispielsweise sind medizinische Implantate in Größe und Platz begrenzt, da sie große Batterien erfordern. Durch die Verwendung von Schweißkraft hätten Implantate jedoch das Potenzial, kleiner und vielseitiger zu sein.

Störende Wirkung

Im Jahr 2022 schuf ein Team von Nanoingenieuren der University of San Diego, Kalifornien, ein „tragbares Mikronetz“, das Energie aus Schweiß und Bewegung speichert und so winzige Elektronik mit Strom versorgt. Das Gerät umfasst Biobrennstoffzellen, triboelektrische Generatoren (Nanogeneratoren) und Superkondensatoren. Alle Teile sind flexibel und maschinenwaschbar, ideal für ein Hemd. 

Die Gruppe identifizierte erstmals 2013 schweißableitende Geräte, aber die Technologie ist seitdem leistungsfähiger geworden, um kleine Elektronikgeräte aufzunehmen. Das Microgrid könnte eine LCD-Armbanduhr (Flüssigkristallanzeige) während eines 30-minütigen Laufs und einer 10-minütigen Ruhephase 20 Minuten lang in Betrieb halten. Im Gegensatz zu triboelektrischen Generatoren, die Strom liefern, bevor sich der Benutzer bewegen kann, werden Biobrennstoffzellen durch Schweiß aktiviert.

Alle Teile sind in ein Hemd eingenäht und durch dünne, flexible Silberdrähte verbunden, die auf den Stoff gedruckt und zur Isolierung mit wasserdichtem Material beschichtet sind. Wenn das Hemd nicht mit Waschmittel gewaschen wird, zerfallen die Bestandteile nicht durch wiederholtes Biegen, Falten, Knüllen oder Einweichen in Wasser.

Die Biobrennstoffzellen befinden sich im Inneren des Shirts und sammeln Energie aus Schweiß. Währenddessen werden die triboelektrischen Generatoren in der Nähe der Taille und der Seiten des Oberkörpers platziert, um Bewegung in Elektrizität umzuwandeln. Diese beiden Komponenten nehmen Energie auf, während der Träger geht oder läuft, woraufhin Superkondensatoren an der Außenseite des Shirts vorübergehend Energie speichern, um kleine Elektronikgeräte mit Strom zu versorgen. Die Forscher sind daran interessiert, zukünftige Designs weiter zu testen, um Strom zu erzeugen, wenn eine Person inaktiv oder stationär ist, z. B. in einem Büro sitzt.

Anwendungen von tragbaren Microgrids

Einige Anwendungen von tragbaren Microgrids können umfassen: 

• Smartwatches und Bluetooth-Kopfhörer, die während einer Trainings-, Jogging- oder Fahrradtour aufgeladen werden.
• Medizinische Wearables wie Biochips, die durch die Bewegungen oder die Körperwärme des Trägers angetrieben werden.
• Kabellos aufladbare Kleidung, die nach dem Tragen Energie speichert. Diese Entwicklung kann es Kleidung ermöglichen, Strom an persönliche Elektronik wie Smartphones und Tablets zu übertragen.
• Geringere COXNUMX-Emissionen und geringerer Energieverbrauch, da die Benutzer ihre Geräte gleichzeitig aufladen können, während sie sie verwenden.
• Verstärkte Forschung zu anderen potenziellen Formfaktoren von tragbaren Microgrids wie Schuhen, Kleidung und anderen Accessoires wie Armbändern.

Fragen zu berücksichtigen

• Wie sonst kann eine tragbare Energiequelle Technologien und Anwendungen verbessern?
• Wie kann Ihnen ein solches Gerät bei Ihrer Arbeit und Ihren täglichen Aufgaben helfen?