Draagbare microgrids: Aangedreven door zweet

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 4 januari 2023

Samenvatting inzicht

Draagbare technologietoepassingen omvatten monitoring van de menselijke gezondheid, robotica, interfacing tussen mens en machine en meer. De vooruitgang van deze toepassingen heeft geleid tot meer onderzoek naar wearables die zichzelf van stroom kunnen voorzien zonder extra apparaten.

Context van draagbare microgrids

Onderzoekers onderzoeken hoe draagbare apparaten kunnen profiteren van een gepersonaliseerd microgrid van zweetenergie om hun mogelijkheden uit te breiden. Een draagbaar microgrid is een verzameling componenten voor het oogsten en opslaan van energie waarmee elektronica onafhankelijk van batterijen kan functioneren. Het persoonlijke microgrid wordt bestuurd door een systeem voor detectie, weergave, gegevensoverdracht en interfacebeheer. Het concept van het draagbare microgrid is afgeleid van de "eilandmodus"-versie. Dit geïsoleerde microgrid bestaat uit een klein netwerk van stroomopwekkingseenheden, hiërarchische regelsystemen en belastingen die onafhankelijk van het primaire elektriciteitsnet kunnen werken.

Bij het ontwikkelen van draagbare microgrids moeten onderzoekers rekening houden met het vermogen en het type toepassing. De grootte van de energie-oogstmachine is gebaseerd op hoeveel vermogen de toepassing nodig heeft. Medische implantaten zijn bijvoorbeeld beperkt in omvang en ruimte omdat ze grote batterijen nodig hebben. Door zweetkracht te gebruiken, zouden implantaten echter het potentieel hebben om kleiner en veelzijdiger te zijn.

Disruptieve impact

In 2022 creëerde een team van nano-ingenieurs van de Universiteit van San Diego, Californië, een "draagbaar microgrid" dat energie uit zweet en beweging opslaat en stroom levert voor kleine elektronica. Het apparaat bestaat uit biobrandstofcellen, tribo-elektrische generatoren (nanogeneratoren) en supercondensatoren. Alle onderdelen zijn flexibel en machinewasbaar, waardoor het ideaal is voor een overhemd. 

De groep identificeerde voor het eerst apparaten voor het oogsten van zweet in 2013, maar de technologie is sindsdien krachtiger geworden om plaats te bieden aan kleine elektronica. Het microgrid kan een LCD-polshorloge (liquid crystal display) gedurende 30 minuten laten werken tijdens een hardloopsessie van 10 minuten en een rustsessie van 20 minuten. In tegenstelling tot tribo-elektrische generatoren, die elektriciteit leveren voordat de gebruiker kan bewegen, worden biobrandstofcellen geactiveerd door zweet.

Alle onderdelen zijn tot een overhemd genaaid en met elkaar verbonden door dunne, flexibele zilveren draden die op de stof zijn gedrukt en voor isolatie zijn gecoat met waterdicht materiaal. Als het shirt niet met wasmiddel wordt gewassen, zullen de onderdelen niet kapot gaan door herhaaldelijk buigen, vouwen, verkreukelen of onderdompelen in water.

De biobrandstofcellen bevinden zich in het shirt en verzamelen energie uit zweet. Ondertussen worden de tribo-elektrische generatoren in de buurt van de taille en zijkanten van de romp geplaatst om beweging om te zetten in elektriciteit. Beide componenten vangen energie op terwijl de drager loopt of rent, waarna supercondensatoren aan de buitenkant van het shirt tijdelijk energie opslaan om kleine elektronica van stroom te voorzien. Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het verder testen van toekomstige ontwerpen om stroom op te wekken wanneer een persoon inactief of stationair is, zoals in een kantoor zitten.

Toepassingen van draagbare microgrids

Sommige toepassingen van draagbare microgrids kunnen zijn: 

• Smartwatches en Bluetooth-oortelefoons worden opgeladen tijdens een training, joggen of fietsen.
• Medische wearables zoals biochips die worden aangedreven door de bewegingen of lichaamswarmte van de drager.
• Draadloos opladen van kleding die na het dragen energie opslaat. Door deze ontwikkeling kan kleding mogelijk stroom overbrengen naar persoonlijke elektronica zoals smartphones en tablets.
• Lagere COXNUMX-uitstoot en lager energieverbruik omdat mensen hun gadgets tegelijkertijd kunnen opladen terwijl ze ze gebruiken.
• Meer onderzoek naar andere mogelijke vormfactoren van draagbare microgrids, zoals schoenen, kleding en andere accessoires zoals polsbandjes.

Vragen om te overwegen

• Hoe kan een draagbare energiebron anders technologieën en toepassingen verbeteren?
• Hoe kan zo'n apparaat u helpen bij uw werk en dagelijkse taken?