Обувь станет источником энергии

Автор: admin   
августа 29,
2011

Схема работы источника энергии. Красным показаны капли, зеленым — оксид таллия. Иллюстрация авторов исследования

Том Крупенкин (Tom Krupenkin) и Эшли Тейлор (Ashley Taylor) из Висконсинского университета в Мэдисоне создали технологию, которая в перспективе позволит превратить обыкновенную обувь в источник электроэнергии. Статья ученых появилась в Nature Communications, а ее краткое изложение приводит Nature News.

В 1992 году Том закончил МФТИ. На сегодняшний день Thomas Nikita Krupenkin — обладатель 12 патентов (фото UW Madison).

Смачиваемость поверхности жидкостью можно в некоторых случаях варьировать при помощи внешнего электрического поля (этот эффект был описан еще Габриэлем Липпманом в конце XIX века). Среди модификаций этого эффекта известно так называемое электросмачивание на диэлектрике (Electro-wetting on dielectric — EWOD) — когда капля проводящей жидкости помещается на диэлектрическую подложку. Под воздействием электрического поля меняется смачиваемость поверхности, и капля может расползаться или даже двигаться в некотором направлении.

Схемы, показывающие капли, зажатые между осциллирующими пластинами (a), скользящими друг относительно друга пластинами (b), в микроканалах ©. Рисунок d иллюстрирует генерацию тока в ходе обращённого процесса электросмачивания. В центре: схематическое изображение будущего устройства в подошве ботинка и на примере одной капли. Внизу: фотография капли, зажатой между электродами. Масштабная линейка – 0,5 миллиметра (иллюстрации Nature).

В основу работы новой технологии положен эффект, который ученые назвали REWOD (Reverse electro-wetting on dielectric — обратный эффект электросмачивания на диэлектрике). Суть его заключается в том, что механическое движение капли по поверхности диэлектрика должно приводить к возникновению электрического поля. По словам Крупенкина, это происходит как с электромотором — если крутить сердечник, например, руками, то можно получить электрический ток.

Том и его коллеги надумали повернуть процесс вспять: заставить деформированную каплю, зажатую меж двух пластин, покрытых диэлектриком, генерировать заряд и, как следствие, электрическую энергию. «Мы решили сделать из мотора электрогенератор», — сравнивает учёный.

Созданное учеными устройство представляет собой металлический проводник, покрытый изолирующим слоем из оксида таллия, на который сверху нанесены капли соединений ртути. Капли сверху прижимаются другим проводником, который вместе с первым подсоединены к выходу. Как оказалось, при движении верхней пластины на выходе возникает разность потенциалов.

Мощность полученного таким образом генератора оказалась достаточно небольшой — порядка нескольких милливатт. Вместе с тем расчеты Крупенкина и Тейлора показывают, что использование большого числа подобных капельных элементов (порядка тысячи), позволит создать устройство мощностью порядка 10 ватт. При этом площадь такой батареи будет около 40 квадратных сантиметров.

Выход полученной энергии возрастал пропорционально количеству капель, пишут учёные в статье в журнале Nature Communications. На данный момент американские физики не могут похвастаться серьёзными успехами: 150 капель дали всего лишь несколько милливатт.

Но экстраполяция показала, что тысяча капель (которые могут разместиться на площади 40 квадратных сантиметров) сможет генерировать мощность 10 ватт. Этого уже достаточно для подпитки мобильника, военного радиоприёмника или GPS-навигатора и даже небольшого ноутбука. Нужно будет лишь потоптаться на месте, и проблема севшей батареи отпадёт сама собой.

Разработчики также предлагают запихнуть в кроссовки и ботинки точку доступа Wi-Fi, таким образом, считают авторы, можно снизить энергозатраты мобильных устройств на поддержку беспроводной сети (иллюстрация InStep NanoPower).

По словам ученых, батарея немного другой конструкции, основанная на эффекте REWOD, может быть вмонтирована в подошву обычного ботинка. Это позволит при ходьбе генерировать электричество, достаточное для подзарядки мобильного телефона или даже небольшого ноутбука.

Проведённые несколько лет назад исследования показали, что при каждом соприкосновении стопы человека с землёй генерируется порядка 20 ватт. Между тем большинству мобильных устройств для стабильной работы достаточно от 1 до 15 ватт.

На переднем плане концепт устройства, которое будут встраивать в обувь (иллюстрация InStep NanoPower).


Крупенкин запатентовал своё изобретение и создал компанию InStep NanoPower для коммерциализации будущей разработки. Возможными покупателями готового продукта он называет жителей развивающихся стран, которые не имеют постоянного доступа к общей энергосети.

Однако учёным ещё предстоит очень постараться, чтобы сделать первый рабочий прототип устройства, который был бы встроен в обувь и при этом выдавал бы достаточную мощность (по планам на это уйдёт два года).

Использованы материалы

lenta.ru

membrana.ru

Tags: ,

Эта статья была опубликована: Понедельник, августа 29, 2011 в 15:48 в категории Технологии. Вы можете читать любые ответы через RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Ваш комментарий

Имя (*)
email (*)
вебсайт
Комментарий
Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha