Куртка, штаны, обувь с массивами интегрированных наногенераторов для питания портативной техники вполне реальны в недалёком будущем. А пока развитию наноэнергетики помогает обычный хомячок
Балерину видали! Она вертится аж в глазах рябит! Тьфу! Привяжи к ноге динаму. Пусть она ток даёт в недоразвитые районы!
А. Райкин, "Люди и манекены"
Просматривая, как обычно в преддверии выходных, страницы зарубежных IT-изданий на предмет поиска научной публикации, интересной для очередных "IT-баек", обнаружил любопытный способ подачи изобретения: на сайте Университета Джорджии появилось сообщение об успешном (первом в мире!) испытании наногенератора энергии в виде жилетки, надетой на хомячка. Да, на обычного домашнего хомячка. Забавно?
Суть открытия от этого не меняется – безусловно, молодцы учёные, занимающиеся вопросом получения энергии для наших электронно-бытовых нужд из самых необычных источников. Наши постоянные читатели могут вспомнить публикации на эту тему, посвящённые добыче энергии для сиюминутных информационных потребностей самыми экзотическими способами. Но хомячок…
Впрочем, хомячок – это лишь такой оригинальный способ подачи информации. Оказывается, у профессора, возглавляющего группу разработчиков этих самых наногенераторов, есть дочь Мелисса. Именно она, скорее всего, дрессирует хомячка, на которого одевали энергетические жилетки. В реальной жизни, подозреваю, "наножилетку" придётся одевать непосредственно тому, кто нуждается в "подручном" электричестве.
Итак, если отбросить в сторону рекламный шум о "биологическом генераторе", суть изобретения сводится к следующему. Команда учёных из научно-инженерной школы при университете Джорджии (Georgia Tech School of Materials Science and Engineering), которыми руководит профессор Жонг Ли Ванг (Zhong Lin Wang), придумала надёжный способ преобразования любых механических колебаний в
электрическую энергию с помощью гибких пьезоэлектрических генераторов, габариты которых измеряются нанометрами.
Хомячок же понадобился учёным для демонстрации возможности использования нанотехнологий для получения электричества даже из иррегулярных биомеханических источников. Если кому-то не по душе пример с хомячком, можете представить себе процесс получения электрической энергии от печатающих по клавишам пальцев – в процессе набора сообщения в интернет-пейджере или SMS в сотовом телефоне.
Использование пьезоэлектриков – достаточно распространённый способ для получения электричества, даже в ряде предыдущих "IT-баек" эта тема затрагивалась неоднократно. Другое дело что рассматриваемом сегодня случае речь идёт об успешных практических испытаниях наногенераторов диаметром 100 - 800 нанометров и длиной порядка 100 - 500 микрон.
Более того, в статье, опубликованной на днях в онлайновой версии журнала Nano Letters, издаваемого Американским химическим обществом (American Chemical Society), говорится об успешных испытаниях наногенераторов, "подключенных" к относительно нестабильным источникам механической энергии. В качестве примера команда профессора Ванга приводит не только энергетическую жилетку на домашнем хомячке, крутящем в клетке своё любимое колесо, но такие неупорядоченные случайные механические колебания как вибрации голосовых связок, развевающийся на ветру флаг, бьющие по клавиатуре пальцы.
Добиться чего-либо практического от подобных неупорядоченных и в целом случайных низкочастотных колебаний достаточно сложно. Однако, как показывает практика, можно. Тем более что учёные занимаются этой проблемой с 2005 года, а спонсорами проекта выступают такие серьёзные заказчики как Агентство перспективных исследований министерства обороны США (The Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA), Министерство энергетики США, ВВС США и Технический центр нанотехнологических исследований против рака Emory-Georgia (Emory-Georgia Tech Center for Cancer Nanotechnology Excellence).
Теперь – собственно, суть, изюминка изобретения. Для изготовления гибких наногенераторов учёные использовали отлично известный пьезоэлектрик – оксид цинка, инкапсулировав его "волокно" в гибкую полимерную "оплётку". Полученные в результате "проводки" затем оснастили надёжными электрическими контактами с датчиком на основе эффекта барьера Шоттки для регистрации получаемого тока. Всё, прототип однопроводного наногенератора готов. Теперь можно надеть его на сустав собственного указательного пальца. Или оснастить массивом таких однопроводных генераторов жилетку для хомячка.
Поскольку крутящийся в колесе хомячок или стучащий по клавиатуре палец дают энергию для работы сверхминиатюрного генератора, получаемый в результате ток также измеряется величинами с приставкой "нано". Так, жилетка на хомячке, составленная из четырёх наногенераторов, производит ток порядка 0,5 наноампер с напряжением 0,1−0,15В; единичный генератор на указательном пальце даёт ещё меньше энергии. Однако ток всё же есть. Памятуя о крошечных габаритах наногенератора (диаметр 100 - 800 нанометров, длина 100 - 500 микрон), нет никаких затруднений в создании массивов из сотен, тысяч, миллионов таких наногенераторов, и тогда можно говорить о микро- и миллиамперах, вполне практичных для питания чего-нибудь портативного.
По мнению профессора Ванга, автономное питание устройств класса Bluetooth-наушников можно обеспечить с помощью нескольких тысяч подобных наногенераторов, объединённых в единый трёхмерный модуль. На перспективу подобные модули можно будет имплантировать непосредственно в человеческое тело – например, для получения энергии от сокращения мышц или даже от пульсаций тока крови для питания наноустройств, круглосуточно измеряющих давление, пульс, ритм дыхания, температуру и другие основные показатели состояния организма.
Однако вернёмся к сути изобретения. Переменный электрический ток, получаемый сразу от четырёх наногенераторов жилетки хомячка, не так-то просто синхронизировать. Без этого ни о какой эффективности системы речи быть не может, поскольку без синхронизации ток одного генератора может запросто нейтрализовать ток другого генератора. Учёные решили эту проблему использованием полимерной "оплётки", обладающей гибкостью лишь в одном направлении, что заставляет генераторы работать более-менее синхронно.
И всё же проблема надёжной синхронизации работы генераторов по большому счёту пока остаётся открытой. Учёные полагают, что в перспективе вопрос будет решён благодаря дальнейшим усовершенствованиям конструкции наногенераторов, а также за счёт массового производства реальных устройств с тщательно оговоренными и установленными параметрами.
Что интересно отметить, хомячок оказался не единственным четвероногим, от которого учёные пытались добиться "биоэлектричества". Так, первоначально команда Ванга пыталась одеть "энергетическую жилетку" на обычную крысу, которая, впрочем, не выказала ни малейшего желания что-то кому-то генерировать. Я совершенно уверен что если, например, от собачьих энергетических жилеток можно будет добиться хоть какого-нибудь толку, то переупрямить кота не получится, он будет сидеть неподвижно именно тогда, когда вам понадобится хотя бы малость электричества. Впрочем, даже самые заядлые звери-"трудоголики" значительную часть времени суток предпочитают отдыхать.
Так что лучше всего рассчитывать в этом плане на самого себя. Куртка, штаны, обувь с массивами наногенераторов, интегрированных во все сгибаемые или испытывающие давление места – это, похоже, наше будущее. Привязывать "к балерине динаму" как советовал бессмертный герой Аркадия Райкина мы, пожалуй, не будем, но заряжать батарейку ноутбука или мобильника от бега трусцой, тряски вагона метрополитена или стучания по клавиатуре – почему бы и нет? Подозреваю, некоторые прилежные новостники и авторы за годы работы в 3DNews "намолотили" бы энергии не на один "недоразвитый район".
А уж какие перспективы открываются перед энергетической эксплуатацией офисных сотрудников, любой ценой использующих рабочее время для продуктивного общения в аськах, одноклассниках, контактах…
Ссылки по теме:
Материалы для дополнительного чтения:
