Носимые микросети: питание от пота

• Автор:
• Имя автора

  Квантумран Форсайт
• 4 января 2023

Сводка статистики

Приложения носимых технологий включают мониторинг здоровья человека, робототехнику, взаимодействие человека с машиной и многое другое. Развитие этих приложений привело к активизации исследований носимых устройств, которые могут питаться сами по себе без дополнительных устройств.

Контекст носимых микросетей

Исследователи изучают, как носимые устройства могут извлечь выгоду из персонализированной микросети энергии пота, чтобы расширить свои возможности. Носимая микросеть — это набор компонентов для сбора и хранения энергии, которые позволяют электронике работать независимо от батарей. Персональная микросеть управляется системой обнаружения, отображения, передачи данных и управления интерфейсом. Концепция носимой микросети была получена из версии «островного режима». Эта изолированная микросеть состоит из небольшой сети энергоблоков, иерархических систем управления и нагрузок, которые могут работать независимо от основной энергосистемы.

При разработке носимых микросетей исследователи должны учитывать номинальную мощность и тип приложения. Размер сборщика энергии будет зависеть от того, сколько энергии требуется приложению. Например, медицинские имплантируемые устройства ограничены по размеру и пространству, поскольку для них требуются большие батареи. Однако, используя силу пота, имплантируемые устройства могут стать меньше и универсальнее.

Разрушительное воздействие

В 2022 году группа наноинженеров из Университета Сан-Диего в Калифорнии создала «пригодную для носки микросеть», которая накапливает энергию от пота и движения, обеспечивая питанием крошечную электронику. В состав устройства входят биотопливные элементы, трибоэлектрические генераторы (наногенераторы) и суперконденсаторы. Все детали гибкие и их можно стирать в машине, что делает их идеальными для рубашки. 

Группа впервые обнаружила устройства для сбора пота в 2013 году, но с тех пор технология стала более мощной, чтобы вместить небольшую электронику. Микросеть может поддерживать работу наручных часов с жидкокристаллическим дисплеем в течение 30 минут во время 10-минутного бега и 20-минутного сеанса отдыха. В отличие от трибоэлектрических генераторов, которые вырабатывают электричество до того, как пользователь сможет двигаться, биотопливные элементы активируются потом.

Все детали сшиты в рубашку и соединены тонкими гибкими серебряными проводами, напечатанными на ткани и покрытыми водонепроницаемым материалом для изоляции. Если рубашку не стирать с моющим средством, компоненты не разрушатся при многократном сгибании, складывании, сминании или замачивании в воде.

Биотопливные элементы расположены внутри рубашки и собирают энергию из пота. Между тем, трибоэлектрические генераторы размещаются возле талии и по бокам туловища для преобразования движения в электричество. Оба этих компонента улавливают энергию, когда пользователь ходит или бежит, после чего суперконденсаторы на внешней стороне рубашки временно накапливают энергию, чтобы обеспечить питание для небольшой электроники. Исследователи заинтересованы в дальнейшем тестировании будущих конструкций для выработки энергии, когда человек неактивен или неподвижен, например, сидит в офисе.

Применение носимых микросетей

Некоторые приложения носимых микросетей могут включать: 

• Смарт-часы и наушники Bluetooth заряжаются во время тренировки, бега трусцой или езды на велосипеде.
• Медицинские носимые устройства, такие как биочипы, питаются от движений пользователя или тепла тела.
• Одежда с беспроводной зарядкой, сохраняющая энергию после ношения. Эта разработка может позволить одежде передавать энергию на персональную электронику, такую ​​как смартфоны и планшеты.
• Снижение выбросов углерода и снижение энергопотребления, поскольку люди могут одновременно заряжать свои гаджеты во время их использования.
• Расширение исследований других потенциальных форм-факторов носимых микросетей, таких как обувь, одежда и другие аксессуары, такие как браслеты.

Вопросы для рассмотрения

• Как еще носимый источник энергии может улучшить технологии и приложения?
• Как такое устройство может помочь вам в работе и повседневных задачах?