Энергичная ходьба: Шаг за шагом заряжаем
Очередное устройство для превращения механической энергии в электричество предложили работающие в США инженеры во главе с Томом Крупенкиным (Tom Krupenkin). Полностью заменить обычные зарядные устройства оно вряд ли сможет, но способно сильно увеличить интервал между подзарядками мобильников, смартфонов и вообще любых любимых гаджетов.
Исследователи показали, что в процессе шага в виде тепла рассеивается аж 20 Вт мощности (на каждую ногу), и разработчики постоянно ищут способы ее эффективного извлечения и утилизации. Правда, до сих пор эффективность была невысокой: удавалось генерировать от нескольких микроватт до сотен милливатт, чего заведомо недостаточно для обычной портативной электроники.
Один из подходов к этой задаче состоит в использовании обычного электростатического конденсатора, устройства для накопления заряда, состоящего из пары тонких и плоских электродов (обкладок), расположенных параллельно друг другу и разделенных слоем диэлектрика. Один электрод накапливает положительные заряды, другой — отрицательные, и количество зарядов, которые способен конденсатор накопить (емкость) зависит как от свойств обкладок, так и от свойств и толщины изолирующего слоя между ними. Если конденсатор сдавить, уменьшив расстояние между обкладками, емкость и напряжение растут — а в цепи, связанной с обкладками конденсатора возникает ток, который и можно использовать. При снятии внешнего давления система возвращается в первоначальное состояние.
Ключевой момент в использовании этого подхода состоит в том, что чем меньше расстояние между обкладками конденсатора и чем больше его емкость, тем большим становится рост напряжения — и тем выше оказывается эффективность такого генератора. Однако из-за естественных неровностей поверхности электродов, особенно находящихся под постоянным деформирующим давлением, добиться минимального расстояния для эффективного сбора энергии оказывается не слишком просто: обычно оно составляет порядка микрометра, чего совершенно недостаточно.
Поэтому Том Крупенкин и его команда решили просто отказаться от одного из твердотельных электродов и заменить его проводящей жидкостью. Для начала они взяли плоский проводник и нанесли на него мельчайшие капли такой жидкости, а сверху поместили второй тонкий проводник, покрытый слоем изолятора толщиной 10−50 нм — именно этой величиной ограничилось в итоге расстояние между обкладками конденсатора. Если верхнюю обкладку придавить, создается вполне приличное напряжение: по расчетам авторов, для конденсатора площадью со среднюю ногу таким путем можно собирать до 2 Вт энергии — на несколько порядков больше, чем у авторов других систем. Это значит, что для полной подзарядки стандартного мобильного телефона потребуется двухчасовая прогулка.
Крупенкин с коллегами настолько вдохновлены этим успехом, что уже основали компанию InStep NanoPower для коммерциализации своей технологии. В настоящий момент они работают над созданием рабочего прототипа генератора, который можно было бы помещать в подошву обуви — и обещают продемонстрировать его года через два.
По публикации ScienceNOW