W porównaniu z innymi gadżetami, które są w stanie ładować się, gdy je nosimy, wynalazek inżynierów z UC San Diego Jacobs School of Engineering jest o tyle wyjątkowy, że generuje energię także wtedy, gdy użytkownik śpi lub siedzi nieruchomo. Do tej pory wszystkie urządzenia typu Wearables (czyli tzw. urządzenia do noszenia, inaczej technologie ubieralne) wymagały od użytkownika aktywności fizycznej – były zasilane podczas ruchu i mogły funkcjonować bez dodatkowego ładowania.

Oprócz energii pozyskiwanej z potu nowy gadżet generuje dodatkową moc z lekkich naciśnięć na opuszki palców. To oznacza, że aktywności takie jak pisanie na klawiaturze czy klikanie na ekranie smartfona dodatkowo je zasilają.

– Wyobrażamy sobie, że będzie można to wykorzystać w każdej codziennej czynności związanej z dotykiem, którą użytkownik i tak podejmowałby w pracy, w domu, podczas oglądania telewizji lub jedzenia. Naszym celem jest, aby to urządzenie działało w sposób niezauważalny dla użytkownika i żeby on nie musiał nawet o tym myśleć – wyjaśnia Joseph Wang, profesor nanoinżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim i starszy autor badania.

Opuszki palców to fabryki potu

Urządzenie czerpie większość swojej mocy z potu wytwarzanego przez opuszki palców, które są 24-godzinnymi fabrykami potu. To mało znany fakt, ale opuszki palców to jedne z najobficiej pocących się miejsc na ludzkim ciele. Każdy z nich posiada ponad tysiąc gruczołów potowych i może wytwarzać od 100 do 1000 razy więcej potu niż większość innych obszarów ciała.

– Powodem, dla którego sądzimy, że bardziej pocą się inne części ciała, jest to, że te miejsca nie są dobrze wentylowane. W przeciwieństwie do nich opuszki palców są zawsze wystawione na działanie powietrza, więc pot odparowuje, gdy tylko wydostaje się na skórę. Teraz zamiast pozwolić mu wyparować, używamy naszego urządzenia do zbierania potu, który może generować znaczną ilość energii – wyjaśnia współautor badania Lu Yin, doktor nanoinżynierii.

Zbieranie potu z tak małego obszaru wymagało pewnych innowacji. Naukowcy musieli zbudować urządzenie z superchłonnego materiału, które będzie w stanie przekształcać związki chemiczne znajdujące się w ludzkim pocie w energię elektryczną.

Jak działa urządzenie zasilane potem?

Stworzone przez inżynierów z San Diego urządzenie to cienki, elastyczny pasek, który można owinąć wokół palca jak plaster. Znajdujące się wewnątrz „plastra” elektrody z pianki węglowej pochłaniają pot i zamieniają go w energię elektryczną. Elektrody są wyposażone w enzymy, w których obecności zachodzą reakcje chemiczne. Biorą w nich udział cząsteczki mleczanu i tlenu znajdujące się w pocie (mleczan to jonowa forma kwasu mlekowego i jeden ze składników ludzkiego potu). Ich skutkiem jest powstawanie energii.

Pod elektrodami znajduje się chip wykonany z materiału piezoelektrycznego – czyli takiego, na którego powierzchni pod wpływem naprężeń mechanicznych pojawiają się ładunki elektryczne. Chip odpowiada za generowanie dodatkowej energii z dotyku i pracy palców. Gdy użytkownik poci się lub naciska na chip, energia elektryczna jest gromadzona w małym kondensatorze. Następnie użytkownik może ją przekierować do innych urządzeń.

Ile energii jest w stanie wytworzyć?

W pierwszych testach inżynierowie zamontowali urządzenie tylko na jednym palcu kilku testerów. Próba pokazała, że w czasie 10 godzin snu urządzenie zebrało prawie 400 milidżuli energii – ilość wystarczającą do zasilenia elektronicznego zegarka na rękę przez ok. 24 godziny. Z kolei godzina pracy na komputerze dała prawie 30 milidżuli.

To wartości tylko dla jednego urządzenia, a łatwo policzyć, że gdy podobne plasterki zamontujemy na wszystkich palcach obu dłoni, zyskamy 10 razy więcej energii.

Znajdzie zastosowanie nie tylko w gadżetach

W innym eksperymencie naukowcy połączyli urządzenie z systemem składającym się z czujnika i małego wyświetlacza. Aby zasilić czujnik i wyświetlacz z energii zgromadzonej przez ładowarkę na palcu użytkownika, wystarczyły dwie minuty albo dziesięć naciśnięć opuszka co 10 sekund.

W innej próbie nowe urządzenie z miniwyświetlaczem podłączono do specjalnie opracowanego czujnika witaminy C. Badani wyposażeni w nowy system przyjmowali dawkę witaminy C, a następnie mogli odczytali poziom witaminy na ekranie. Eksperymenty miały na celu zbadanie potencjalnych przyszłych zastosowań wynalazku.

– Naszym celem jest uczynienie z niego praktycznego urządzenia. Chcemy pokazać, że to nie jest tylko kolejny gadżet (…), możemy faktycznie wykorzystać energię do zasilania użytecznej elektroniki, takiej jak czujniki – mówi Yin.

 

Żródło: UC San Diego Jacobs School of Engineering.