Организм человека постоянно вырабатывает энергию. Каждый шаг, каждое движение, каждое биение сердца генерирует механическую силу, которая рассеивается в окружающей среде. А что, если бы мы могли ее поймать? Именно этот вопрос задали себе исследователи из Университета Алабамы и пришли к удивительному ответу: это можно сделать с помощью простого куска клейкой ленты. Используя трибоэлектрический эффект (тот самый, который производит небольшие разряды, когда мы снимаем свитер), они разработали устройство, настолько эффективное, что оно может питать сотни светодиодов. Биоэнергетика — это уже не абстрактное понятие, а осязаемая реальность.
Биоэнергия из простой клейкой ленты?
Иногда самые абсурдные открытия совершаются случайно. Именно это и произошло в лаборатории профессора. Ганг Ванг в Университете Алабамы, где исследователь Мунхён Джанг проводил испытания трибоэлектрического наногенератора (ТЭНГ). Во время одного из экспериментов он заметил нечто неожиданное: используя простую клейкую ленту в качестве защиты от электрических разрядов, устройство генерировало удивительно высокое напряжение.
Это счастливое событие привело к созданию чрезвычайно экономичного и эффективного трибоэлектрического генератора, состоящего из слоев клейкой ленты и металлизированной полиэтилентерефталатной (ПЭТ) пленки. Принцип прост: когда материалы соприкасаются, а затем разделяются, происходит электрический заряд.
Настоящим новшеством стала замена двусторонней клейкой ленты, использовавшейся в первых прототипах, на более толстую и прочную одностороннюю ленту. Это позволило использовать взаимодействие полипропиленовой основы ленты и акрилового клеевого слоя, что значительно улучшило эксплуатационные характеристики устройства.
Удивительная мощь в карманном формате
Цифры говорят сами за себя: наногенератор усовершенствован Он способен вырабатывать до 53 милливатт мощности. Может показаться, что это немного, но этого достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией большое количество людей одновременно. 350 светодиодов и даже лазерная указка.
Секрет этой мощности кроется в высокой рабочей частоте. В то время как традиционные TENG ограничены частотами ниже 5 Гц, эта новая версия может работать на частотах до 300 Гц. Проще говоря, он может генерировать энергию гораздо быстрее, открывая путь к ранее немыслимым применениям.
А хотим ли мы поговорить о простоте строительства? В отличие от других трибоэлектрических наногенераторов, которые требуют специального оборудования и сложных процедур, этот биоэнергетический наногенератор (вы его видели) может быть сделано из материалов, которые можно купить в любом магазине канцелярских товаров.
Носимое будущее биоэнергетики
Последствия этого открытия выходят далеко за рамки включения нескольких светодиодов. Команда уже интегрировала наногенератор в носимые биомедицинские датчики, способные следить за движениями человеческого тела и самостоятельно добывать себе пропитание.
Подумайте о возможностях: датчики для контроля физической активности, которые никогда не нужно подзаряжать, имплантируемые медицинские устройства, работающие от сердцебиения, или умные часы, которые заряжаются во время ходьбы.
Как он объясняет сам Jang:
«Наше исследование демонстрирует, как трибоэлектрические наногенераторы могут использоваться как в качестве механических сборщиков энергии, так и в качестве системы обнаружения с автономным питанием».
Такой подход может стать сдвигом в парадигме проектирования носимых устройств. Вместо того чтобы искать все более мощные и долговечные батареи, мы могли бы разработать устройства, которые постоянно работают на энергии, которую мы вырабатываем естественным образом.
Биомимикрия как источник вдохновения
Неслучайно принцип работы этих наногенераторов вдохновлен наиболее эффективными процессами преобразования энергии, существующими в природе и в организме человека, основанными на транспорт ионов, а не электронов.
Природа снова указывает нам путь к более эффективным и устойчивым энергетическим решениям. И на этот раз ключом может стать наше собственное тело, превратившееся из потребителя в производителя энергии.
Будущее личной энергии может оказаться буквально в наших руках. Или, скорее, в движении наших рук, подпитываемом биоэнергией, которую каждый из нас вырабатывает естественным образом каждый день.
