211service.com
Wykorzystanie mocy chomika za pomocą nanogeneratora
Światło słoneczne, wiatr i fale to nie jedyne źródła energii odnawialnej. Dla naukowców, którzy mają nadzieję na zasilanie urządzeń w nanoskali, istnieje również siła mięśni.
Siła mięśni: Ten chomik ma na sobie kurtkę przymocowaną do nanogeneratora, który zbiera energię biomechaniczną podczas jazdy na kole do ćwiczeń.
Każde bicie serca i każdy niespokojny ruch, który osoba wykonuje siedząc przed komputerem, niesie ze sobą niewielką ilość energii, która potencjalnie może zostać zużyta. Jednak zbieranie tego bioruchu jest trudne, ponieważ jest ono w dużej mierze nieregularne. Teraz, po raz pierwszy, naukowcy wykazali, że nanogenerator może być napędzany nieregularnym bioruchem o niskiej energii, w tym stukaniem ludzkim palcem oraz nieregularnym bieganiem i drapaniem chomika.
Nanogenerator naukowców wykorzystuje efekt piezoelektryczny – sposób, w jaki niektóre materiały krystaliczne wytwarzają potencjał elektryczny pod wpływem naprężeń mechanicznych. Zespół, kierowany przez Zhong Lin Wang , profesor inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej w Georgia Tech, od 2005 roku produkuje generatory przy użyciu nanodrutów piezoelektrycznych. Najnowszy nanogenerator składa się z serii nanodrutów z tlenku cynku zamontowanych na elastycznej powierzchni z tworzywa sztucznego. Przewody są połączone ze sobą oraz z zewnętrznym obwodem elektrycznym za pomocą metalowych elektrod. Kiedy plastik się wygina, przewody również się wyginają, a ten ruch tworzy potencjał elektryczny w przewodach, który przewodzi prąd przez obwód zewnętrzny.
W artykule opublikowanym online w tym tygodniu w czasopiśmie Litery nano , grupa Wang opisuje użycie nanogeneratora do pozyskiwania różnych rodzajów energii biomechanicznej. Naukowcy przymocowali nanogenerator do palca wskazującego osoby i zarejestrowali moc wyjściową, gdy uderzył w powierzchnię. Zbierali również energię z chomika noszącego małą kurtkę przymocowaną do urządzenia, gdy gryzoń biegał na kole do ćwiczeń i drapał się.
Inni badacze opracowali wsporniki piezoelektryczne, które mogą również zbierać energię biomechaniczną, ale systemy te opierają się na regularnym rezonansie mechanicznym o określonej częstotliwości. Większość bioruchów – rozciąganie mięśni, machanie rękami, chodzenie, a nawet bicie serca – wytwarza energię mechaniczną, która jest bardziej nieregularna. Wang mówi, że jego grupa stworzyła pierwszy generator, który może naprawdę zbierać małe, nieregularne ruchy.
Energia generowana przez urządzenie jest obecnie niewielka (około nanowata), ale Wang twierdzi, że jest to nadal ważny krok na drodze do opracowania użytecznych źródeł zasilania dla urządzeń w nanoskali. Niezwykle czułe czujniki w nanoskali wymagają bardzo małej mocy – około mikrowata – do wykrywania patogenów lub białek nowotworowych. Ale częścią tego, co hamuje ich rozwój, jest rozmiar i żywotność istniejących zasilaczy. Wszczepialne nanoczujniki wymagają źródła zasilania, które jest zarówno nanowielkościowe, jak i trwałe, co eliminuje potrzebę ich chirurgicznego usuwania i wymiany.
Grupa Wanga nie stworzyła jeszcze wszczepialnej wersji nanogeneratora, ale Wang twierdzi, że teoretycznie powinno to być możliwe. Nanogeneratory mogą być na przykład zamknięte w biokompatybilnych polimerach i wszczepione w tkankę mięśniową.
Naukowcy pracują nad zwiększeniem mocy urządzenia poprzez dodanie większej liczby przewodów piezoelektrycznych ułożonych szeregowo. Oprócz zasilania urządzeń w nanoskali, generatory piezoelektryczne można by prawdopodobnie połączyć z większymi urządzeniami. Wang ma nadzieję, że w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat znacznie zwiększy moc wyjściową generatora, aby można go było wpleść w tkaninę kurtki wielkości człowieka i zebrać wystarczającą ilość energii do ładowania akumulatorów do przenośnych urządzeń elektronicznych.