Kantavad mikrovõred: toidetakse higiga

• Autor:
• autori nimi

  Quantumrun Foresight
• Jaanuar 4, 2023

Ülevaate kokkuvõte

Kantavate tehnoloogiarakenduste hulka kuuluvad inimeste tervise jälgimine, robootika, inimese ja masina liides ja palju muud. Nende rakenduste edenemine on viinud suurema uurimistööni kantavate seadmete kohta, mis suudavad end ilma täiendavate seadmeteta toita.

Kantavate mikrovõrkude kontekst

Teadlased uurivad, kuidas kantavad seadmed saavad kasu isikupärastatud higienergia mikrovõrgust, et oma võimeid laiendada. Kantav mikrovõrk on energia kogumise ja salvestamise komponentide kogum, mis võimaldab elektroonika akudest sõltumatult toimida. Personaalset mikrovõrku juhib tuvastamise, kuvamise, andmete edastamise ja liidese haldamise süsteem. Kantava mikrovõrgu kontseptsioon tuletati saarerežiimi versioonist. See isoleeritud mikrovõrk koosneb väikesest elektritootmisseadmete võrgustikust, hierarhilistest juhtimissüsteemidest ja koormustest, mis võivad töötada primaarsest elektrivõrgust sõltumatult.

Kantavate mikrovõrkude väljatöötamisel peavad teadlased arvestama võimsuse reitingut ja rakenduse tüüpi. Energiaharvesteri suurus sõltub sellest, kui palju võimsust rakendus vajab. Näiteks meditsiiniliste siirdatavate seadmete suurus ja ruum on piiratud, kuna need nõuavad suuri akusid. Higijõu kasutamisel oleks aga siirdatavad esemed väiksemad ja mitmekülgsemad.

Häiriv mõju

2022. aastal lõi California San Diego ülikooli nanoinseneride meeskond "kantava mikrovõrgu", mis salvestab higist ja liikumisest saadavat energiat, pakkudes energiat pisikesele elektroonikale. Seade koosneb biokütuseelementidest, triboelektrilistest generaatoritest (nanogeneraatoritest) ja superkondensaatoritest. Kõik osad on paindlikud ja masinpestavad, mistõttu sobib see särgi jaoks ideaalselt. 

Rühm tuvastas higi kogumise seadmed esmakordselt 2013. aastal, kuid tehnoloogia on sellest ajast alates muutunud võimsamaks, et mahutada väikest elektroonikat. Mikrovõrk võib hoida LCD (vedelkristallekraan) käekella töös 30 minutit 10-minutilise jooksu ja 20-minutilise puhkeseansi ajal. Erinevalt triboelektrilistest generaatoritest, mis annavad elektrit enne, kui kasutaja saab liikuda, aktiveeritakse biokütuseelemendid higiga.

Kõik osad on õmmeldud särgiks ja ühendatud õhukeste painduvate hõbedaste juhtmetega, mis on kangale trükitud ja kaetud isolatsiooniks veekindla materjaliga. Kui särki ei pesta pesuvahendiga, ei lagune komponendid korduval painutamisel, voltimisel, kortsumisel ega vees leotamisel.

Biokütuse rakud asuvad särgi sees ja koguvad energiat higist. Vahepeal asetatakse triboelektrilised generaatorid torso vöökoha ja külgede lähedale, et muuta liikumine elektriks. Mõlemad komponendid koguvad energiat, kui kasutaja kõnnib või jookseb, misjärel salvestavad särgi välisküljel olevad superkondensaatorid ajutiselt energiat, et anda energiat väikesele elektroonikale. Teadlased on huvitatud tulevaste disainilahenduste edasisest katsetamisest, et toota energiat, kui inimene on passiivne või paigal, näiteks istub kontoris.

Kantavate mikrovõrkude rakendused

Mõned kantavate mikrovõrkude rakendused võivad hõlmata järgmist: 

• Nutikellasid ja Bluetooth-kõrvaklappe laetakse treeningu, sörkimise või rattasõidu ajal.
• Meditsiinilised kantavad esemed, nagu biokiibid, mis töötavad kandja liigutuste või kehasoojuse abil.
• Rõivaste juhtmevaba laadimine, mis salvestab pärast kandmist energiat. See areng võib võimaldada riietel edastada energiat isiklikule elektroonikale, nagu nutitelefonid ja tahvelarvutid.
• Väiksem süsinikdioksiidi heitkogus ja väiksem energiatarbimine, kuna inimesed saavad oma vidinaid neid kasutades samaaegselt laadida.
• Suurenenud teadusuuringud kantavate mikrovõrkude muude võimalike vormitegurite kohta, nagu kingad, rõivad ja muud tarvikud, nagu randmepaelad.

Küsimused, mida kaaluda

• Kuidas muidu saab kantav energiaallikas tehnoloogiaid ja rakendusi täiustada?
• Kuidas saab selline seade teid töö- ja igapäevatoimingutes aidata?