Возникает захватывающая область исследований, посвященных тому, как носимые устройства будущего могут работать за счет человеческого пота, и в авангарде этих достижений находится команда инженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего. Последнее творение группы использует удивительно большое количество пота на кончиках пальцев для выработки электричества, когда пользователь сидит или даже спит, обеспечивая потенциально круглосуточный источник энергии.
Среди множества носимых датчиков и устройств, работающих от пота, которые рассматривались на протяжении многих лет, команда Калифорнийского университета в Сан-Диего выдвинула немало многообещающих примеров. Еще в 2014 году ученые продемонстрировали временную татуировку, которая работала как биобатарея, работающая от пота, а в прошлом году они продемонстрировали носимый датчик витамина С, питаемый аналогичными средствами. Совсем недавно команда разработала умную рубашку, которая вырабатывает электричество за счет пота и движения.
Недавно представленное носимое устройство описывается как первое в своем роде, поскольку оно может генерировать энергию, даже когда пользователь спит или сидит неподвижно. Это может открыть некоторые очень интересные возможности в области носимых устройств, поскольку устройство потенциально может действовать как источник питания в любом месте и в любое время.
«В отличие от других носимых устройств с питанием от пота, этот не требует упражнений или физического участия пользователя, чтобы быть полезным», - говорит один из первых авторов Лу Инь. «Эта работа - шаг вперед к тому, чтобы сделать носимые устройства более практичными, удобными и доступными для обычного человека».
При разработке этого нового типа носимых устройств команде пришлось проявить творческий подход к объединению смеси компонентов, которые могут как поглощать пот, так и преобразовывать его в энергию. Тонкая полоска, похожая на пластырь, состоит из электродов из углеродной пены, которые поглощают пот и используют встроенные ферменты для запуска химических реакций между молекулами лактата и кислорода внутри нее, которые, в свою очередь, генерируют электричество, которое хранится в небольшом конденсаторе.
Приспособленное к кончикам пальцев, устройство использует более тысячи потовых желез на каждом кончике пальца, которые производят от 100 до 1000 раз больше пота, чем большинство других частей тела. Поэтому авторы описывают кончики пальцев как 24-часовые фабрики потоотделения.
«Причина, по которой мы чувствуем потливость на других частях тела, заключается в том, что эти места плохо вентилируются», - говорит Инь. «Напротив, кончики пальцев всегда находятся под воздействием воздуха, поэтому пот испаряется, когда выходит наружу. Поэтому вместо того, чтобы дать ему испариться, мы используем наше устройство для сбора этого пота, и он может генерировать значительное количество энергии».
Новое носимое устройство можно надеть на кончики пальцев для выработки электричества, даже когда пользователь ведет сидячий образ жизни. Фото: UC San Diego
Несмотря на то, что устройство вырабатывает большую часть электроэнергии таким образом, это не «фокусник с одной уловкой». Под электродами устройство также имеет пьезоэлектрический материал, который генерирует дополнительное электричество в ответ на давление. Это означает, что такие действия, как набор текста, текстовых сообщений или игра на пианино, также могут привести к увеличению энергии.
В одном эксперименте на испытуемых было одето устройство на кончике пальца в течение 10 часов сна, которое генерировало почти 400 миллиджоулей энергии, что, по словам ученых, достаточно для питания электронных часов в течение 24 часов. Один час «случайного» набора текста и щелчков мышью позволил устройству генерировать почти 30 миллиджоулей.
«Сравните это с устройством, которое собирает энергию во время упражнений», - объясняет Инь. «Когда вы бежите, вы тратите сотни джоулей энергии только на то, чтобы устройство генерировало миллиджоули энергии. В этом случае окупаемость ваших инвестиций будет очень низкой. Но с этим устройством ваша отдача очень высока. Когда вы спите, вы не работаете. Даже одним нажатием пальца вы вкладываете всего лишь полмиллиджоуля».
В отдельных экспериментах команда использовала свой новый комбайн для сбора энергии для питания химических датчиков и дисплеев, включая вышеупомянутый датчик витамина С, разработанный ранее. Сейчас они работают над улучшением устройства, чтобы сделать его более эффективным и долговечным, и надеются объединить его с другими сборщиками энергии для создания новых типов носимых устройств с автономным питанием.
«Наша цель - сделать это практичным устройством», - говорит Инь. «Мы хотим показать, что это не просто еще одна крутая штука, которая может генерировать небольшое количество энергии, и вот и все - мы действительно можем использовать энергию для питания полезной электроники, такой как датчики и дисплеи».
Исследование было опубликовано в журнале Joule, а видео ниже предлагает обзор исследования.
Источник: New Atlas / University of California, San Diego