Bateri tidak termasuk: Bagaimana pengambilan tenaga berskala kecil akan memberi tenaga pada masa depan

penunjuk ikon tenaga teknologi bateriRadio kristal yang terhormat telah wujud sejak awal tahun 1900-an, tetapi atas satu sebab yang sangat unik, orang masih membina dan menggunakannya hingga kini. Ia tidak terlalu kuat, ia tidak akan mengambil stesen jauh, dan estetika pasti tidak akan menarik perhatian rakan-rakan anda. Namun, keajaiban sekolah lama ini menawarkan satu keuntungan yang tidak dapat dilakukan oleh radio lain: Ia berfungsi tanpa sumber kuasa tradisional. Betul - tidak ada kord, tidak ada bateri, tidak ada roda hamster.

Bagaimana ini boleh berlaku? Kerana radio kristal merebut semua kekuatan yang mereka perlukan dari gelombang radio itu sendiri.

Cukup sejuk, bukan?

Gelombang radio, anda lihat, adalah tenaga. Ia berfungsi seperti ini: Stesen radio menukar audio menjadi gelombang radio yang kemudian bergerak, pada kelajuan cahaya tidak kurang, secara langsung dari pemancar. Gelombang ini, pada dasarnya, medan elektromagnetik - bentuk tenaga elektrik tidak terlalu berbeza dengan daya yang mengalir ke saluran AC anda, hanya gelombang yang disemprot ke semua arah. Jumlah pecahan yang benar-benar sampai ke rumah anda sama sekali tidak kuat.

Tanpa sumber kuasa lain, radio kristal perlu "menuai" sebanyak mungkin medan elektromagnetik yang menghampiri. Ia melakukannya dengan antena yang agak besar (biasanya panjang wayar tembaga), "gegelung" yang diselaraskan dengan frekuensi (bilangan gelombang per saat) stesen yang diinginkan, "pengesan" untuk mengekstrak isyarat audio, dan fon telinga untuk menukar kembali isyarat audio menjadi gelombang bunyi.

Walaupun radio kristal itu sendiri tidak terpakai beberapa waktu yang lalu, bahagian "penuaian tenaga" dari persamaan - di mana kuasa dilancarkan, baik secara harfiah dan kiasan, dari udara tipis - kini berada di tengah-tengah kebangkitan yang terkenal. Dari memanfaatkan tenaga frenetik sebuah kelab tarian hingga memanfaatkan haba yang dikeluarkan oleh tubuh manusia, para jurutera mencari ke dunia di sekitar kita untuk mendapatkan sumber tenaga yang belum dimanfaatkan. Dan mendapat hasil. Inilah sebabnya mengapa saluran kuasa dan bateri tidak lagi mencukupi, dan apa yang dilakukan oleh para saintis mengenainya.

Ini semua mengenai kelaparan kita untuk berkuasa. Kami memulakan hari kami dengan menjalankan pelbagai peranti di sekitar rumah kami - jam penggera, pembakar roti, periuk kopi. Kami kemudian menaiki kereta kami, yang dengan sendirinya mempunyai kehausan yang tidak dapat dilupakan untuk lebih banyak tenaga. Atau mungkin kita menaiki bas, bermain-main dengan notebook atau tablet atau telefon pintar atau pemain muzik atau sistem permainan genggam kita sepanjang perjalanan. Pada akhirnya, seharian kami berjalan seperti yang dimulakan - bergantung kepada pelbagai bentuk elektrik untuk melakukan apa yang perlu kita lakukan. 

  • Lebihan penggunaan

  • Penuaian gelombang radio

  • Penuaian tenaga piezoelektrik

  • Penuaian tenaga termoelektrik

  • Penuaian tenaga gerakan manusia

  • Kembali dari masa depan

Lebihan penggunaan

Terdapat lebih daripada beberapa perkara yang salah dengan gambar ini. Yang pertama, sama ada kita terus-menerus membeli bateri baru, mengecas semula yang boleh dicas semula, atau hanya menjalankan peranti pada arus AC, kuasa adalah sumber pengeringan dompet yang mahal dan sepertinya kita tidak akan habis menggunakannya.

ikon tenaga mati alat kuasa tenaga bateri hayatSelain kos kewangan untuk tetap terjaga, ada juga biaya untuk planet ini. Menurut Badan Perlindungan Alam Sekitar (EPA), orang Amerika membeli hampir tiga bilion bateri sel kering setiap tahun untuk menjalankan radio, mainan, telefon bimbit, jam tangan, komputer mudah alih, dan alat kuasa mudah alih. Dan bahkan dalam masyarakat hari ini yang agak tercerahkan, sebahagian besar daripadanya akhirnya dilemparkan ke tempat pembuangan sampah. Di sini mereka akan terurai selama beberapa dekad, memasukkan semua jenis bahan kaustik ke dalam tanah dan air bawah tanah di sekitarnya. Dan itu hanyalah puncak gunung es - dari empangan hidroelektrik hingga loji tenaga nuklear dan penjana diesel, kehausan kita untuk watt memukul planet ini.

"Kerana banyak elektronik mudah alih peribadi yang sekarang kita gunakan tidak memerlukan banyak elektrik untuk permulaan, peluang untuk menuai sejumlah tenaga yang sebelumnya tidak dapat dilupakan muncul di mana-mana."

Di sinilah penuaian tenaga dapat menjimatkan hari. Turbin angin dan tenaga suria segera terlintas di fikiran sebagai contoh cara memanfaatkan persekitaran di sekitar kita untuk mendapatkan kuasa bersih, tetapi keduanya dibatasi oleh ketersediaan sumber tenaga yang mereka tuai. Anda tidak dapat merebut tenaga sebanyak mungkin ketika angin tidak bertiup atau matahari tidak bersinar.

Namun terdapat tahap penuaian tenaga yang lain pada skala yang lebih kecil. Oleh kerana banyak elektronik mudah alih peribadi yang sekarang kita gunakan tidak memerlukan banyak elektrik untuk permulaan, peluang untuk menuai sejumlah tenaga yang sebelumnya diabaikan muncul di mana-mana.

Ini mungkin bermaksud telefon, pemain muzik dan komputer riba yang tidak perlu anda cas lagi.

Tali pada antena: Penuaian gelombang radio

Salah satu pendekatan yang paling menonjol untuk menarik elektrik dari udara tipis dengan jelas memberi anggukan kepada radio kristal yang terhormat. Ia menuai tenaga, tidak menghairankan, dari gelombang radio.

Di Pusat Penyelidikan Tanpa Wayar University of Bedfordshire di Luton, UK, sekumpulan orang terang telah mengusahakan penyelesaian penuaian gelombang radio yang mereka percaya suatu hari bukan sahaja akan mengurangkan pergantungan pengguna pada bateri dan kuasa AC, tetapi juga akan mengurangkan kesan terhadap persekitaran kita.U dari penemuan tenaga bateri Bedfordshire David Jazani Ben Allen dan Tahmina AjmalKami bercakap dengan Ben Allen, yang mengetuai pasukan, untuk mengetahui lebih lanjut. Allen dan rakan-rakannya mendapat perhatian antarabangsa pada bulan Februari ketika mereka mengumumkan mereka telah mengembangkan teknologi tersebut dan telah mengajukan permohonan paten untuk pengambilan gelombang radio. Beberapa gerabak mengatakan bahawa ini adalah yang pertama di dunia, walaupun kumpulan Allen adalah salah satu dari banyak dunia yang melihat prospek yang sama. Memang, saintis Serbia-Amerika yang terkenal dan pakar otak yang disahkan Nikola Tesla menunjukkan fenomena penghantaran tenaga tanpa wayar lebih dari satu abad yang lalu. Walaupun begitu, Allen dan pasukannya telah menggunakan teknologi ini ke titik yang beberapa orang lain. Menurut Allen, penyelesaian yang dicadangkan oleh pasukan ini memfokuskan pada jalur frekuensi "yang berada di sekitar 1MHz dan kadang-kadang disebut 'band AM'. Tidak semestinya ini adalah isyarat bahawa kita mengambil tenaga dari,tetapi kami telah memfokuskan pada gelombang sederhana kerana kami yakin mereka mempunyai kelebihan berbanding gelombang frekuensi tinggi.menggunakan widget bedfordhire dan bateri tenaga pengambilan gelombang radio jamInti konsep adalah antena - antena Allen mirip dengan kincir angin. "Gelombang (radio) menghasilkan arus ke antena, yang kami ubah ke DC dan berlaku pada perangkat yang memerlukan daya. Semakin besar antena, semakin banyak kuasa yang ada. Antena seperti kincir angin - semakin besar kincir angin, semakin banyak tenaga yang ada. "

Allen juga dengan cepat membanggakan bahawa teknologi tersebut dapat dipasang ke peranti yang ada dan kompaknya relatif. Mengenai kebimbangan bahawa pengambilan gelombang radio yang meluas akhirnya dapat mengosongkan begitu banyak tenaga sehingga tidak ada yang tersisa, Allen sekali lagi memainkan kad kincir angin. "Kami menggunakan antena yang sangat kecil dan mempunyai kesan yang tidak dapat diabaikan pada isyarat - sedikit seperti kesan kincir angin kanak-kanak terhadap angin. Sekiranya kita mempunyai alat yang sangat besar maka akan sukar untuk menerima isyarat di belakangnya, seperti kekurangan angin di belakang penjana angin yang besar. Seperti yang dijelaskan oleh Allen, pengambilan gelombang radio tidak bergantung pada cahaya matahari atau angin. Ia juga tidak bergantung pada perbezaan haba (konsep di sebalik penuaian tenaga termoelektrik, yang dibahas kemudian dalam artikel ini). Gelombang radio adalahselalu di luar sana, lebih-lebih lagi di kawasan metropolitan. Lebih-lebih lagi, kata Allen, "Pada dasarnya, ia beroperasi dengan baik di lokasi luar bandar dan gelombang radio harus memiliki penembusan yang cukup baik ke dalam bangunan dibandingkan dengan yang pada frekuensi yang lebih tinggi."

"Gelombang (radio) menimbulkan arus ke antena, yang kami ubah menjadi DC dan berlaku pada perangkat yang memerlukan daya. Semakin besar antena, semakin banyak kuasa yang ada. Antena seperti kincir angin - semakin besar kincir angin, semakin banyak tenaga yang ada. "

Gelombang radio tidak membungkus banyak jus yang dapat dituai, jadi Allen dan pasukannya kini mensasarkan peranti berkuasa ultra rendah - produk seperti nod rangkaian sensor tanpa wayar yang kadang-kadang hanya melakukan tindakan menuntut kuasa dan sebaliknya tetap dalam mod tunggu. Calon masa depan merangkumi alat kawalan jauh dan jam.

"Beberapa aplikasi akan memerlukan bateri yang boleh dicas semula untuk membantu bekalan tenaga, tetapi (malah mereka akan) dicas dari tenaga yang dituai," kata Allen. "Ini akan mengehadkan jangka hayat peranti mana pun dan akhirnya bateri akan merosot dan perlu diganti. Ini mungkin berlaku setelah beberapa tahun, tetapi berbeza kerana teknologi bateri, suhu dan kitaran pengecasan. "

Namun, penyekat arus tinggi seperti tablet dan lampu suluh mungkin tidak pernah menjadi sebahagian daripada gambar. Dan jika mereka - dan kita mencari jalan di sini - penuaian gelombang radio hampir pasti bukan satu-satunya sumber tenaga. Bayangkan bateri boleh dicas semula yang bergantung pada pengisian semula "biasa" tetapi berpotensi juga ditambahkan oleh penggabungan alternatif pengambilan tenaga, dan anda mula mendapat idea tentang masa depan.

Getaran yang baik: Penuaian tenaga piezoelektrik

Sementara itu di kelab-kelab tarian di seluruh dunia, para pengunjung dengan gembira melepaskannya sepanjang malam. Rupa-rupanya akan selalu ada tempat di dunia ini bagi mereka yang mempunyai tekad untuk gyration. Tetapi kita menyimpang. Maksudnya di sini ialah sebilangan kelab ini berbeza daripada yang lain. Nampaknya ada gerakan untuk "menghijau" dewan tarian kami. Dan dari air yang digunakan semula ke turbin di atas bumbung, pergerakan itu semakin kuat dari hari ke hari.

Memang, ia meluas hingga ke lantai. Lantai tarian, iaitu.

Anda lihat, ada sejumlah besar tenaga yang dihasilkan ketika puluhan atau ratusan orang berulang kali melambung dengan cepat. Sehingga sekarang, tenaga itu hilang ke lantai dan apa sahaja yang ada di bawahnya. Tetapi bagaimana jika anda boleh memanfaatkannya?

Dengan "piezoelectricity", anda boleh. Nampaknya ada bahan-bahan tertentu di dunia ini, berasaskan kristal dan seramik, yang menghasilkan watt ketika berada di bawah tekanan. Sekiranya anda meletakkan bahan-bahan tersebut di tempat di mana ia akan terus berdebar - katakanlah, di lantai sebuah kelab tarian - anda mempunyai cara untuk memanfaatkan alat itu dan menghasilkan elektrik yang boleh digunakan. Sebenarnya, syarikat-syarikat seperti Rotterdam's Sustainable Dance Club sudah melakukan hal itu, memasang lantai tarian yang diterangi yang, pada hakikatnya, berkuasa sendiri.

Tekanan piezoelektrik tidak terhad kepada kelab tarian. Terdapat stesen kereta api di Tokyo yang menggunakan kesan untuk memasang papan paparan dan pintu tiket, dan trotoar di Paris yang menyalakan lampu jalan.

Di Cornell Nanoscale Science and Technology di Ithaca, New York, rancangan sedang dijalankan untuk membawa semua barang piezoelektrik groovy ini ke dalam dunia pengguna, walaupun dengan pendekatan yang agak berbeza. Nama pakaian itu adalah MicroGen Systems, Inc, dan orang-orang yang terlibat nampaknya berada dalam jangka masa panjang. Ketua Pegawai Eksekutif Mike Perrotta memberitahu kami bahawa syarikat ini ditubuhkan pada tahun 2007 dan diperbadankan pada tahun 2010 setelah "kontrak pelaburan utama ditandatangani." Perrotta menganggarkan jam kerja setakat ini berada dalam lingkungan 20,000.penjanaan piezoelektrik tenaga bateri peranti generasi pertama mikrogenInti penekanan adalah teknologi Piezoelectric Vibrational Energy Harvester (PZEH) milik MicroGen. Menurut MicroGen, konsep ini akan memperpanjang jangka hayat bateri yang boleh dicas semula atau menghilangkan keperluan bateri sama sekali. Permutasi awal adalah "Generator Tenaga Mikro BOLT060," alat kecil yang mirip dengan CPU komputer. Ia beroperasi semata-mata dengan getaran yang digunakan, dan secara teori harus berfungsi selama 20 tahun atau lebih.

Mengapa teknologi penuaian mini berdasarkan getaran?

"Getaran ada di mana-mana, dan tidak bergantung pada perbezaan suhu, cahaya, frekuensi radio, atau jenis sumber lain," kata Perrotta. "Segala sesuatu yang terpasang pada getaran, dan banyak perkara mempunyai harmonik semula jadi walaupun tidak disambungkan ke elektrik. Kami bahkan mempunyai perbincangan mengenai meletakkan alat ini di perut sapi, dengan sensor suhu dan radio tanpa wayar, untuk memantau kesihatan dan keadaan ternakan. Saya belum melihat apa-apa yang tersangkut ke ternakan. "

Di samping itu, Perrotta membayangkan teknologi piezoelektrik MicroGen dalam pelbagai aplikasi undian rendah. “Anggaplah kita sebagai loji kuasa mikro, dengan itu nama MicroGen. Lampu suluh dan seumpamanya memerlukan tenaga yang terlalu banyak (untuk teknologi kami) untuk diisi semula. Namun, anda boleh mempunyai aplikasi lampu suluh di telefon bimbit anda dan berfungsi dengan baik. "

"Sasaran kami di ruang pengguna adalah 'pengecasan tetesan' sebuah peranti mudah alih, sehingga bateri tidak habis secepat setelah pengisian terakhir."

"Pengering pakaian adalah contoh lain, di mana teknologi sensor semasa hanya mengukur kelembapan rata-rata keseluruhan beban, sehingga memerlukan lebih banyak tenaga. Sensor kini boleh dipindahkan dengan peranti kami menghidupkannya, dan oleh itu lebih tepat menunjukkan kelembapan pakaian, dan menghentikan pengering dengan lebih tepat. Ini akan menjimatkan penggunaan tenaga yang ketara. Sistem pemantauan tekanan tayar, sekarang di setiap kenderaan di pasaran AS, Kanada dan Eropah, mungkin kurang bateri. Sekiranya tidak, sistem kami akan bertahan lama di dalam kereta, sehingga mengurangkan jumlah bateri di tempat pembuangan sampah. Banyak lagi contoh, terutama di arena industri dan komersial, disasarkan untuk mengurangkan penggunaan tenaga, meningkatkan keselamatan, dan keamanan juga. "

Perrotta mendakwa teknologi itu pada masa ini mampu menghasilkan 200 microwatt yang agak ringan, walaupun dia menjangkakan angka itu akan berlipat ganda dan mungkin tiga kali ganda dalam jangka pendek. Peningkatan kecekapan peranti mudah alih juga dapat membantu. "Kami pastinya telah melihat penurunan yang besar, dari 50 hingga 80 peratus, pada keperluan kuasa peranti ini, bahkan selama beberapa tahun terakhir," kata Perotta. "Kami menjangkakan itu akan berterusan, dan output kuasa kami per milimeter persegi akan meningkat. Sasaran kami di ruang pengguna adalah 'mengecas tetek' peranti mudah alih, supaya bateri tidak habis secepat selepas pengisian terakhir. "

Dalam masa terdekat peranti MicroGen akan digabungkan dengan bateri keadaan pepejal atau kapasitor super. Tetapi tujuan akhirnya, katanya, "adalah tanpa bateri. Walau bagaimanapun, sebahagian besarnya bergantung kepada kecenderungan sensor dan keperluan kuasa radio tanpa wayar. "

Sama ada penyelesaian MicroGen mencapai matlamat tersebut masih perlu dilihat, walaupun potensi yang ada cukup untuk memaksa New York State Energy Research and Development Authority untuk memberikan syarikat itu $ 1.2 juta geran sebulan yang lalu.  

Panas dalam tin: Penuaian tenaga termoelektrik

Sekiranya memanfaatkan tenaga dari gelombang radio dan getaran nampaknya sesuatu yang mustahil - adakah Jetsons pernah melakukannya? - cubalah tanggapan ini untuk ukuran: Kekuatan dari panas badan .

Namun itulah yang mereka kerjakan di Pusat Teknologi Nanoteknologi dan Molekul Wake Forest University. Teknologi ini disebut "termoelektrik," dan pendekatan Wake Forest untuk termoelektrik dilabel "Power Felt." Nampaknya hanya dengan menyentuh kain misteri ini, haba badan diubah menjadi arus elektrik.

Selanjutnya mereka akan memberitahu kita bulan yang tidak terbuat dari keju.

Jadi, apa sebenarnya Power Felt ini? Sebagai permulaan, ia memang kelihatan seperti kain. Kain futuristik, pasti, tetapi kain tetap. Diperbuat daripada nanotube karbon yang terkunci dalam serat plastik yang fleksibel, ia seolah-olah "dibungkus" di sekitar apa sahaja. Orang-orang di Wake Forest menyebutnya "daya pakai." Dan kemudian mereka melompat ke kapal angkasa mereka dan terbang ke galaksi rumah mereka.

Pencipta Power Felt penuaian tenaga termoelektrik David CarrollKami akan membiarkan pembawa PhD David Carroll, Profesor Fizik di Wake Forest dan penemu Power Felt, memperincikan selok-beloknya.

"Bahan kami berfungsi seperti mana modul termoelektrik berfungsi. Bayangkan bahawa anda memegang tongkat logam di tangan anda. Anda memegangnya dengan kuat di satu hujung bar sementara hujung yang lain bebas. Sekarang elektron yang membuat logam bebas bergerak, dan tangan anda memanaskannya. Oleh itu, di bawah tangan anda, elektron bergerak lebih pantas daripada mengatakan elektron di hujung bar yang lain. Ini bermaksud bahawa elektron ini akan menyebar dengan cepat dan menjauh dari sumber haba. Dengan bergerak ke hujung sejuk, mereka meninggalkan kekurangan elektron di hujung panas. Mereka mencipta lebihan elektron pada akhir sejuk. Ini menetapkan voltan, yang disebut voltan termoelektrik, dan selagi ada perbezaan suhu, voltan ini ada. "

Bayangkan bateri boleh dicas semula yang bergantung pada pengisian semula "biasa" tetapi berpotensi juga ditambahkan oleh penggabungan alternatif pengambilan tenaga, dan anda mula mendapat idea apa yang mungkin berlaku pada masa depan. termokonduktiviti logam. Dengan menggunakan banyak nanofiber dalam matriks plastik, bukannya bar logam, elektron masih dapat bergerak ke jalur logam dari gentian, tetapi haba tersekat kerana tidak diangkut melalui persimpangan dari serat ke serat. Ini adalah bagaimana kami membuat fabrik kami. Serat 'logam' kami adalah nanotube karbon. Dan di dalam kain terdapat lapisan atas lapisan nanofiber elektronik, yang memungkinkan elektron dan lubang mengalir dengan bebas. "

"Bayangkan," kata Carroll, "mengurangkan masa pengecasan untuk kereta hibrid anda kerana penambakan panas datang dari mesin penyejuk, atau penumpang di dalamnya."

Carroll memuji kebaikan penemuannya tetapi dia sama realistik. Ia tidak akan menggantikan bateri. Belum lagi. Ia juga tidak akan berfungsi kecuali "terdapat kawasan kecerunan suhu yang besar." Tubuh manusia adalah tempat yang boleh digunakan. Begitu juga tudung kereta atau tempat duduk di dalam kapal terbang.

"Ini akan menjadikan penggunaan bateri yang lebih murah lebih menarik dari perspektif pasaran. Secara amnya, untuk penyisipan pasar, anda tidak ingin terlalu cepat berubah, jadi akan digabungkan dengan teknologi bateri yang ada. Telefon bimbit anda akan bertahan lebih lama dengan satu caj. Jet penumpang mungkin dapat menggunakan generator dalaman yang lebih kecil, menjimatkan berat dan wang. "

pelajar lulus corey hewitt dengan tenaga termoelektrik menuai tenagaWalaupun Power Felt tidak akan pernah menjalankan kereta elektrik atau peralatan yang haus tenaga seperti peti sejuk (Carroll memberitahu kita satu sentimeter persegi menghasilkan "nanowatt hingga sepersepuluh microwatts, bergantung pada ketebalan"), nampaknya, ia cukup mampu menambah struktur tenaga semasa dalam aplikasi sedemikian. "Bayangkan," kata Carroll, "mengurangkan masa pengecasan untuk kereta hibrid anda kerana penambakan panas datang dari mesin penyejuk, atau penumpang di dalamnya." 

Carroll juga melihat pembangunan rumah, dengan mengatakan Power Felt dapat menggantikan Tyvek pembungkus rumah untuk "menghasilkan tenaga sebanyak array surya yang murah."

Carroll membuat casing Power Felt di dunia mudah alih juga, menunjukkan sekumpulannya dapat dimasukkan ke dalam penutup bateri pada saat pembuatan. Dengan hanya meletakkan bateri tersebut pada "sesuatu yang hangat", mereka akan mengecas sendiri sebahagiannya. Tetapi sekali lagi, sejauh ini, ini adalah masalah penambahan daripada penggantian pengisian bateri biasa. Carroll bertanya, “Pernah ke lapangan terbang dan telefon anda kehabisan kuasa? Bukankah senang membuat panggilan terakhir untuk seseorang menjemput anda? Kekuatan dari panas badan anda boleh melakukan ini. " 

Running man: Penuaian tenaga gerakan manusia

Sejauh ini kita telah melihat tiga konsep yang nampaknya siap membantu mengurangkan kebergantungan kita pada sumber kuasa tradisional tetapi secara amnya tidak mempunyai kekuatan untuk menggantikan sepenuhnya sumber-sumber tersebut. Trend itu berterusan untuk entri keempat dan terakhir kami, penuaian tenaga "gerak manusia" biomekanik. Betul, teknologi ini memanfaatkan kekuatan dari tindakan bergerak semata-mata. Ingin mengecas Android anda? Lebih baik mula meminum bir sedikit lebih cepat.

Mengesampingkan, ternyata pengambilan tenaga biomekanik bukanlah idea baru yang mungkin kelihatannya pada mulanya. Ingat lampu depan basikal lama yang akan menarik tenaga dari generator yang memasuki putaran tayar anda? Itu adalah satu proses yang sama - jika tidak meletihkan, tetapi juga meletihkan.

Tetapi di hemisfera selatan, mereka mempunyai masalah yang sedikit berbeza. Di sini, di Makmal Biometrik di Institut Bioengineering Auckland, orang-orang berdedikasi berkumpul dalam kegelapan (dan dalam kecerahan juga - ini bukan penyihir penyihir) untuk merancang cara yang lebih baik. Mereka fikir mereka telah menjumpainya.

"Caranya, dan di sinilah kumpulan kita masuk, terletak pada mengawal penjana ini untuk menghasilkan tenaga yang berguna menggunakan litar yang cukup kecil dan cukup ringan untuk aplikasi mudah alih."

Idea mereka, sekurang-kurangnya pada awalnya, menghilangkan unsur basikal sama sekali dan meminta anda berjalan (atau berlari) sebagai gantinya. Ben O'Brien dari SoftGen, syarikat yang kini berkembang dalam konsep ini, memberikan lebih banyak pandangan.

"Untuk peranti elektronik mudah alih, kami ingin menangkap tenaga yang terbuang sebaliknya pengguna tidak merasakan beban tambahan. Contohnya, ketika kita berjalan-jalan, tapak kaki kita memampatkan. Mampatan ini memerlukan tenaga, tenaga yang hilang sebagai haba. Sekiranya kita mengganti bahagian sol dengan generator lembut, kita dapat menangkap tenaga ini dan menukarnya menjadi elektrik. "

Seperti semua teknologi yang kami pamerkan, idea asas SoftGen sudah ada sejak beberapa lama. Dalam kes "penjana pemukul tumit," seperti yang mereka sebut, jangka waktu itu membentang puluhan tahun. Tetapi SoftGen telah menambahkan kerutan baru dalam bentuk "penjana otot tiruan." Dicipta di California pada awal milenium, penjana otot tiruan adalah, O'Brien dan syarikat percaya, percikan api yang membawa penjana tumit ke masa depan.

kuasa elektrik penjana otot buatan demo softgenPenjana otot tiruan. Pengguna menolak rod, yang secara langsung mengubah otot di dalam kotak dan menghasilkan elektrik.

"Idea asas," jelas O'Brien, "adalah mengenakan cas elektrik pada membran elastomer yang cacat. Apabila ubah bentuk dilonggarkan, cas dinaikkan ke keadaan tenaga yang lebih tinggi. Dengan mengitar semula ubah bentuk dan mengawal semasa anda mengaktifkan dan mematikan muatan, anda dapat menjana kuasa dengan kira-kira 10 kali ketumpatan tenaga dari teknologi yang bersaing. Semua ini dengan sesuatu yang semudah sepotong getah. " "Caranya, dan di sinilah kumpulan kita masuk, terletak pada mengawal penjana ini untuk menghasilkan tenaga yang berguna menggunakan litar yang cukup kecil dan cukup ringan untuk aplikasi mudah alih."

O'Brien menurunkan konsep masa depan tanpa bateri sepenuhnya, dengan mengatakan bahawa tenaga perlu "dihaluskan" dan disimpan untuk tempoh aktiviti yang kurang. Mengenai sasaran awal "sederhana" untuk penuaian tenaga jenama SoftGen, O'Brien mengatakan penjana pemukul tumit "dapat memberi lampu terang untuk keselamatan pada waktu malam, elektronik yang tertanam di dalam kasut (rangkaian produk Nike + a la Nike +), dan pemantauan perubatan untuk doktor haiwan , "Sambil menambah bahawa," Niche khusus kami adalah aplikasi berkuasa rendah. Kami berusaha untuk menjadikan teknologi dalam produk pengguna dunia nyata tidak lama lagi. "

Nampaknya tidak ada kekurangan tenaga yang dapat diakses di paip ketika kaki memukul tanah. Dalam The Energetics of Running and Running Shoes , Martyn R. Shorten mendakwa mungkin terdapat sebanyak 10 joule (1 joule = kerja yang diperlukan untuk menghasilkan satu watt kuasa untuk satu saat) tenaga terbuang setiap langkah berjalan. Sudah tentu, ini adalah muzik kepada telinga orang seperti O'Brien. "Secara teorinya, jika anda dapat menangkap semua ini, anda dapat mengecas sepenuhnya telefon pintar dari satu kasut dalam jangka masa setengah jam. Dan kasut anda tidak akan terasa berbeza daripada sekarang. "

O'Brien mengalu-alukan teknologi penuaian tenaga alternatif, menyedari bahawa apa yang mungkin sangat sesuai dalam situasi tertentu atau dengan orang tertentu tidak akan menjadi mujarab untuk semua orang. "Perkara hebat mengenai daya gerak manusia ialah ia sentiasa ada di mana sahaja kita berada. Ini mungkin bukan masalah besar ketika anda pulang ke rumah pada penghujung hari dan mempunyai akses mudah ke soket dinding, tetapi apabila bilangan alat elektronik yang kami bawa bertambah, menjadi masalah untuk mengecas semuanya. Sekarang pertimbangkan sepanjang masa anda tidak berada di sebelah soket dinding, atau jika anda melancong di negara yang mempunyai palam yang berbeza, atau anda telah tersasar - menginjak-injak atau mendaki - atau kerana infrastruktur yang buruk atau selepas bencana . Dalam semua kes ini, daya gerak manusia menjadi konsep yang sangat menarik. " 

[Kredit gambar: Auckland Bioengineering Institute]

Kembali dari masa depan

Lebih awal dalam artikel ini kita membincangkan keriuhan media yang mengelilingi model penuaian gelombang radio U of Bedfordshire. Kami sejak itu mengetahui bahawa Ben Allen dan pasukannya hanyalah salah satu daripada banyak pasukan di seluruh dunia yang mengusahakan pelbagai teknologi penuaian tenaga ambien skala kecil.

"Apabila anda memerlukan watt dan alat penuaian menghasilkan hanya nanowatt atau microwatts, jurang besar jelas ada."

Namun kebanyakan konsep tersebut masih jauh dari waktu perdana sepenuhnya. Sesungguhnya, tidak ada kekurangan orang yang mendakwa pendekatan tertentu untuk pengambilan tenaga mikro tidak akan menjadi penyelesaian yang sangat serius. Sebagai contoh, terus menerus ke tempat-tempat seperti Forum Fizik, di mana anda akan menemui sekumpulan jenis hiper-ilmiah yang memberi perhatian kepada perkara ini - banyak dengan kesimpulan yang kurang memuaskan.

Isu utama adalah, seperti yang kita bahas sebelumnya, bahan sumber yang agak lemah. Apabila anda memerlukan watt dan alat penuaian menghasilkan hanya nanowatt atau microwatts, jurang besar jelas wujud. Jurang ini dapat ditutup beberapa dengan kemajuan teknologi (penuaian) lebih jauh, dengan memasangkan beberapa teknologi bersama-sama, atau dengan menyimpan peranti penyimpanan tenaga khusus (bateri) beberapa keterangan secara kekal dalam persamaan. Tetapi semua penyelesaian ini menambah banyak, kerumitan, kos, dan masa R&D.

Lebih-lebih lagi, anggapan bahawa mana-mana teknologi atau gabungan teknologi yang kami tampilkan akan menggantikan kuasa tradisional sepenuhnya dalam peranti dengan tarikan tinggi (lampu suluh, tablet, telefon pintar, dll.) Paling bagus.

Sementara itu, teknologi lain yang sudah ada terus berkembang - tenaga suria boleh dikatakan sebagai contoh terbaik. Aplikasi solar berskala besar sekarang biasa, tetapi solar berskala kecil sudah ada di sini - dan nampaknya baik-baik saja. Kita hanya perlu meneroka sejumlah besar radio dan lampu suluh yang dilengkapi dengan suria dan bahkan pengecas bateri yang ada di pasaran untuk melihat berapa banyak syarikat yang telah melonjak dalam permainan ini.

Tetapi dalam dunia yang mengunyah kekuatan seperti anjing melalui stik berair, jelas akan ada kebutuhan akan kekuatan "alternatif" yang tidak bergantung pada matahari (atau angin) - walaupun penyelesaian itu menambah sumber tradisional, atau antara satu sama lain. Memandangkan setiap teknologi ini nampaknya sesuai untuk berbagai aplikasi - dan apabila diambil secara berkumpulan nampaknya merangkumi hampir semua asas - kita melihat masa depan jangka panjang yang cerah bagi mereka yang dapat menyesuaikan idea mereka dengan lebih baik di seluruh spektrum .