Кое-что задаром: вечные вещи и энергия из ниоткуда

В возможность создания вечного двигателя верят либо малограмотные люди, либо большие оригиналы (иногда эти множества пересекаются. — прим. ред.). Закон сохранения энергии, известный еще из курса школьной физики, отвергает идею создания такой машины. Кроме того, вечного в этом мире вообще ничего не существует. Энтропия, или, проще говоря, мера неупорядоченности, постоянно возрастает, поэтому рано или поздно любой предмет должен прекратить свое существование — такой почти философский вывод делает наука.

Как ни странно, но невозможность создания чего-то вечного лишь стимулирует человеческое стремление обмануть законы природы. Правда, с вечным двигателем дела по-прежнему обстоят неважно — еще в XVIII веке Парижская академия наук официально отказалась рассматривать заявления о разработке подобных устройств. Поэтому изобретатели сосредоточились на поиске новых эффективных источников энергии и придумывании необычных способов рационального использования тех ресурсов, которые уже имеются в распоряжении человека.

Порой идеи, предлагаемые энтузиастами, просты и эффективны, и вопрос «Да почему до этого никто не додумался раньше?» напрашивается сам собой. О некоторых из подобных изобретений мы расскажем в этом материале.

⇡#EcoMow Harvester — газонокосилка, которая питается травой

Если вам приходилось когда-нибудь стричь газоны, вы, должно быть, знаете, насколько скучна и утомительна эта процедура. Аккумулятор то и дело норовит разрядиться, длинный шнур электропитания путается под ногами и так далее. Но, как говорится, «лень — двигатель прогресса».

Аспирант университета Джорджа Мейсона по имени Джейсон Форс (Jason Force) решил раз и навсегда поставить точку в вопросе выбора газонокосилки. Вместе с командой единомышленников он задался целью сделать роботизированную газонокосилку, которая была бы удобна и лишена любых недостатков. Все гениальное просто — Джейсон придумал оригинальный способ, как сделать ее полностью автономной и независимой от источников питания. Поскольку газонокосилка стрижет траву, то почему бы ее же и не использовать в качестве источника топлива?

Органические компоненты состриженной травы проходят обработку высокой температурой и давлением, превращаясь в сухие гранулы, которые газонокосилка может использовать в качестве топливных элементов. Устройство содержит небольшой реактор, в котором происходит процесс газификации этих гранул. Отфильтрованное биотопливо питает двигатель газонокосилки.

Прототип газонокосилки будущего, которая получила название EcoMow Harvester, уже полностью функционален, и автор изобретения ищет спонсоров для реализации бизнес-проекта.

Прототип газонокосилки будущего (слева) и ее промышленный вариант

Кроме того, Джейсон продолжает совершенствовать свое творение. Его газонокосилка может в буквальном смысле жить своей жизнью — использовать систему навигации GPS, самостоятельно составлять себе план уборки газонов, используя карты Google, и, что самое замечательное, не нуждается в постоянной зарядке или дозаправке топливом.

«Вы хотите постричь газон? Просто нажмите на кнопку GO — и все дела!» — с гордостью заявляет автор EcoMow Harvester.

⇡#Limbo — суперпылесос, работающий на энергии мусора

Самые гениальные идеи порой одновременно приходят в голову людям, которые не имеют друг к другу никакого отношения. Так и в этом случае. Газонокосилка, которая питается травой, — вещь, безусловно, замечательная, но стричь газоны нужно далеко не каждому. А вот делать уборку своей квартиры нужно всем. И в большинстве случаев главный прибор, который помогает это сделать, — пылесос. И эта бытовая техника, как оказывается, тоже может работать по принципу «убрал, а заодно и позавтракал».

Концепцию пылесоса, работающего на энергии мусора, взялись реализовать два человека — Эллиот Коэн (Elliot Cohen) и Нейл Винсенти (Neil Vincenti). Они спроектировали и сконструировали работающую модель такого чудесного устройства, а затем продемонстрировали его в 2013 году на чикагской выставке International Housewares Show.

Возможности роботизированного пылесоса Limbo поражают воображение. Он может взбираться по ступеням лестниц, самостоятельно определяет загрязненные участки помещения с помощью сенсоров и прокладывает оптимальный маршрут уборки. Дизайн этого робота-пылесоса частично скопирован с марсианского ровера Curiosity (по утверждению конструкторов, это позволило повысить маневренность пылесоса). Ну а самая интересная деталь этого устройства — автономный источник питания. В нем используется так называемый микробный электролиз (Microbial Electrolysis). Этот процесс приводит к получению электричества из остатков органических веществ, в данном случае — из пыли и грязи, которая собирается в домах. Интересно, что микробные топливные элементы уже известны достаточно давно, но до сих пор их почти не использовали в товарах для массового потребления.

Вряд ли стоит ожидать, что подобные пылесосы заполонят прилавки супермаркетов бытовой электроники в ближайшем будущем. Однако, глядя на работоспособный прототип Limbo, мы можем робко надеяться, что когда-нибудь свой маленький пылесос-марсоход, питающийся пылью, появится в каждом доме.

⇡#Ручка без чернил от Pininfarina

Ценность многих вещей определяется их функциональностью и долговечностью. Например, чем выше емкость аккумулятора и чем больше циклов перезарядки он выдерживает, тем, соответственно, выше его стоимость. Несомненно, любому из нас хочется, чтобы любимые вещи служили как можно дольше. Но так ли это хорошо, когда вещь, что называется, имеет бесконечный срок службы?

У одного из величайших фантастов Клиффорда Саймака (кстати, его правильное имя Симак, но об этом мало кто знает) есть очень любопытное произведение под названием «Кольцо вокруг Солнца». Несмотря на то, что оно написано в 1956 году, оно не потеряло актуальности и по сей день.

Подробно пересказывать сюжет не станем, чтобы не портить удовольствие от прочтения тем, кто его не читал, но одну деталь все-таки хотелось бы вспомнить. В этом романе показаны парадоксальные последствия, к которым приводит появление у человека «вечных вещей», например бритвенных станков, которые не тупятся, зажигалок, которые не ломаются, безупречно надежных автомобилей и так далее. По мнению известного писателя, подобные вещи, с одной стороны, несут благо человечеству, но с другой — серьезно подрывают экономику. Представьте себе только на минутку, сколько людей занято в производстве одних только бритвенных станков — от тех, кто выплавляет сталь для лезвий, до тех, кто занимается дизайном бритвенных принадлежностей и проектированием конструкции.

Конечно, изложенная ситуация — фантастика, а мировой экономический кризис, причиной которого станет появление в продаже очень «живучих» вещей, наступит еще не скоро (если вообще когда-нибудь наступит). Однако сегодня человек упорно стремится получить хотя бы какой-нибудь особенно долговечный предмет. И что удивительно — иногда ему это удается.

Не так давно на выставке канцелярских принадлежностей во Франкфурте был продемонстрирован очень необычный аксессуар — вечная ручка 4.EVER Pininfarina Cambiano.

«Вечная» ручка, не требующая замены стержня

Ручку не нужно заправлять чернилами, также нет надобности покупать для нее сменные стержни. Факт изобретения вечной ручки сам по себе удивителен, но еще большее удивление вызывает то, что компания, которая ее показала, не имеет никакого отношения к производству канцелярских принадлежностей. Pininfarina — это известнейшая итальянская фирма, которая разрабатывает дизайн престижных автомобилей. Если для вас слова «Альфа-Ромео», «Феррари», «Кадиллак», «Ягуар» не являются пустым звуком, то и имя «Пининфарина» тоже должно быть знакомым.

Секрет долговечности ручки кроется в особом металлическом материале, из которого сделан ее стержень. Правильнее было бы назвать ее не ручкой, а карандашом, поскольку конструктивно аксессуар больше похож именно на него.

Впрочем, идея создания ручки, не требующей расходных материалов, не нова. До появления 4.EVER Pininfarina Cambiano существовали и другие схожие проекты. Но, в отличие от других «вечных ручек», которые раньше поступали в продажу, эта модель не вредит здоровью (по утверждению создателей). Вместо свинцового наконечника, который обычно заменял грифель, на этот раз используется запатентованный сплав, разработанный компанией Chic Trading. Громкое имя дизайнера ручки сразу привлекло на выставке внимание общественности, а в Pininfarina тоже остались довольны — таким образом они напомнили о Cambiano, очередном концепте роскошного автомобиля, представленного итальянцами в 2012 году. Так сказать, маленький бонус для состоятельных автолюбителей.

⇡#Вода из воздуха

Хороший хозяин — не тот, который имеет много, а тот, кто способен разумно распорядиться тем, что есть. В этом вопросе стоило бы поучиться у жителей Республики Перу, наследников загадочных инков. Вот кто может служить примером рационального использования природных благ!

Столица Перу — город Лима. Расположена она на краю пустыни Атакама. Из-за географического положения климат в этом городе очень специфический. Лима находится в непосредственной близости от Тихого океана, но, несмотря на это, тут очень редко идет дождь. Ежегодная норма осадков здесь составляет всего 13 мм. При этом наблюдается стабильно высокая влажность (около 98 процентов). Как в любой пустынной местности (кроме кактусов и редких кустарников тут практически нет растений), в данном регионе не хватает пресной воды. Опреснять океанскую воду дорого, а использование колодцев не столь эффективно, как хотелось бы, к тому же имеются проблемы с очисткой такой воды.

Интересное решение проблемы подсказал столичный Университет инженерии и технологий Перу (The University of Engineering and Technology of Peru). Специалисты разработали оригинальный способ получения воды в буквальном смысле из воздуха. Объединившись с рекламным агентством Mayo Draft FCB, они создали генератор питьевой воды, работа которого основана на конденсировании влаги. Сотрудничество с рекламным агентством было выбрано неслучайно — генератор питьевой воды, по замыслу изобретателей, располагается непосредственно в рекламных щитах. Благодаря этому отпадает необходимость в дополнительных материалах для постройки такой конструкции. Воздушные массы проходят через систему предварительной очистки, затем происходит конденсирование влаги, которая поступает в модуль очистки с наноуглеродным фильтром. И под конец вода наполняет охлаждающий резервуар. Желающим получить воду, пригодную для питья, достаточно подойти и повернуть кран. Один рекламный щит генерирует около 96 литров воды каждый день.

Выглядит это вот так:

⇡#Экономия на сквозняках

Все «зеленые» источники энергии, которые человек научился использовать, основаны на возобновляемых естественных процессах. Иногда они очевидны (как солнечный свет), а иногда стоит хорошо присмотреться, чтобы их заметить.

Примерно год назад группа из десяти студентов Колледжа Каллинди при Университете Дели и двух преподавателей предложила проект для получения электроэнергии за счет ветрогенераторов. Уникальность их идеи была в том, чтобы устанавливать ветрогенераторы в месте, где гарантированно есть мощный воздушный поток, — в метро. Инженерные расчёты показали, что подобная обстановка позволяет ветрогенераторам работать практически в идеальных условиях, вырабатывая до 12 кВт в сутки.

Транспортная развязка метро в Дели, столице Индии, является одной из самых больших в мире. Суммарная протяженность линий, по которым поезда осуществляют рейсы, составляет около двухсот километров. Таким образом, если закрепить подобную установку на каждой станции метро, то суммарный объем выработанной энергии составит не менее 700 кВт за сутки.

⇡#Танцы с пользой

В одном из своих монологов Аркадий Исаакович Райкин предлагал танцующей балерине прикрепить «динаму», чтобы она танцевала с пользой для дела. Кто бы мог подумать, что когда-нибудь это рацпредложение будет рассматриваться на полном серьезе!

Люди постоянно находятся в движении — спешат на работу, идут в магазин, занимаются спортом. А иногда им просто необходимо двигаться — не для какой-то конкретной цели, а просто ради удовольствия и отдыха. Например, когда возникает желание потанцевать на дискотеке. Немыслимое количество движений и разнообразных па несут в себе немалое количество кинетической энергии, которая уходит в никуда.

Если ее хотя бы частично собрать и преобразовать в электричество, можно получить совершенно бесплатный возобновляемый ресурс. Это сделали сотрудники нидерландской фирмы Sustainable Dance Club. Проявив смекалку и используя разработки команд Технического университета Эйндховена и Технологического университета Делфта, они сделали модульную танцплощадку, которая вырабатывает электричество, пока люди на ней избавляются от «лишней» кинетической энергии. Придуманный нидерландскими инженерами пол имеет модульную структуру, благодаря чему его легко собрать в любом помещении. Каждый элемент — квадратный блок со стороной 75 см (есть модификация с мелкой ячейкой 50 см) и высотой 20 см, внутри которого спрятан динамо-генератор. Стоит человеку наступить на такую плитку — и от давления начнет вырабатываться электроэнергия.

За объемом выработанной энергии можно следить с помощью специальных датчиков, информация с которых может отображаться на подключаемом экране. Эффективность танцевального пола, вырабатывающего электроэнергию, зависит от нескольких факторов, в том числе от веса танцоров и интенсивности их движений. Согласно техническим характеристикам производителя, один человек в состоянии натанцевать от 5 до 20 Вт. Ну а сама энергия, естественно, зависит от времени, проведенного танцором на дискотеке.

После того как танцпол, вырабатывающий электричество, прошел испытания в ночных клубах, к нему проявили интерес крупные компании и организации. Теперь эту технику часто арендуют при проведении выставок и всевозможных рекламных акций. А изобретатели Sustainable Dance Floor только расширяют функциональность своего устройства. Если раньше оно могло вырабатывать энергию исключительно для подсветки и WOW-эффекта, то сегодня с его помощью желающие могут заряжать свои смартфоны и прочие мобильные устройства. А еще в него может быть интегрирована музыкальная система.

⇡#Памятник, живущий своей жизнью

Когда мы произносим слово «памятник», на ум приходит что-то сделанное из камня или бронзы, монолитное и незыблемое. Но на самом деле это просто ассоциативное восприятие, которое навеяно памятниками старины. Современные произведения искусства значительно отличаются от того наследия, которое нам оставлено. Теперь художники могут использовать не только долото и камень, но и современные технологии, с помощью которых скульптуры могут иметь динамически изменяющийся облик.

Диди Моррисон (Deedee Morrison) — это американская художница, которая специализируется на создании автономных скульптур. Под началом ее студии были сделаны десятки проектов по возведению памятников и скульптур, которые используют солнечную энергию. Принцип работы таких сооружений очень прост — днем солнечная энергия пополняет запас аккумулятора, а в темное время суток на скульптуре автоматически включается подсветка. Иногда художница умело маскирует солнечные панели в самой скульптуре, иногда они располагаются неподалеку от творения Диди, на высоких шестах.

Оригинальные варианты подсветки в темное время суток заставляют по-новому взглянуть на обманчиво знакомые формы.

Честно говоря, мы не являемся большими поклонниками современного искусства. Часто эксперименты с инновационными технологиями и желание шокировать зрителя уводят дизайнеров-экспериментаторов от главной цели — создания чего-то революционно прекрасного. Однако многие из работ Диди Моррисон выглядят довольно гармонично и оригинально, отлично вписываясь в ту обстановку, в которой они представлены.

⇡#Вечные кубики льда

За комфортную жизнь, к которой стремятся многие, необходимо платить. И чем выше уровень комфорта, тем больше его цена. Просмотр телевизора, прослушивание музыки, работа на компьютере, приготовление и разогрев еды в микроволновой печи — все это увеличивает расходы энергии, воды и так далее. Чтобы минимизировать затраты, необходимо время от времени пересматривать привычные способы достижения комфорта. Простое решение старой проблемы порой может существенно сэкономить бюджет, что доказали Дэйв и Кальвин Лаитури (Dave & Calvin Laituri) из штата Массачусетс. Проведя успешную компанию по сбору средств на популярном сервисе Kickstarter, эти ребята продают сегодня всем желающим… кусочки обычной нержавеющей стали! Чтобы убедить покупателя приобрести деревянную коробочку с металлическими шайбами за $39, Дэйв и Кальвин провели «разъяснительную работу» с любителями коктейлей, соков и спиртного.

Как правило, для охлаждения этих напитков используются классические кубики льда. Для их приготовления необходимо потратить большое количество энергии, к тому же талая вода разбавляет вкус потребляемого напитка. Раз за разом для приготовления льда приходится брать новую воду, что совсем неэкономично. Новый способ охлаждения жидкостей, предложенный американскими изобретателями, предельно прост — с помощью крупных металлических шайб, играющих роль аккумулятора холода.

Работа брусков металла основана на простых физических явлениях. Так, если вы притронетесь к металлу, то почти наверняка почувствуете холод, что объясняется более высокой теплопроводностью металла. Металлические шайбы, сделанные из нержавеющей стали, можно «заморозить» в морозилке или даже просто так опустить в более теплый напиток — его температура гарантированно снизится. По сравнению с кубиками льда, металлические шайбы могут охлаждать напиток дольше.

⇡#Чудеса Пельтье — хорошо забытое старое

Говорят, что все новое — это хорошо забытое старое. Посмотрите, например, на такое странное устройство.

Молодому поколению и даже человеку средних лет эта вещь покажется помесью антикварной керосиновой лампы с солидным кулером Zalman. На самом деле перед вами не образец стимпанка, а самый настоящий термоэлектрогенератор ТЭГК2-2, выпускавшийся в СССР еще в пятидесятых годах прошлого столетия. Достаточно было заправить лампу керосином, а затем зажечь фитиль, и с помощью подведенных контактов можно было запитать ламповый приемник.

К тому же керосиновая лампа могла использоваться и по прямому назначению — освещать и обогревать помещение. Расход топлива в этом термоэлектрогенераторе составлял примерно литр керосина в час. Понятно, что это удовольствие не из дешевых, но в жестких условиях, где нет доступа к электроэнергии, такое устройство вполне могло использоваться. Принцип работы этого термоэлектрогенератора основывался на эффекте Зеебека (обратном эффекту Пельтье). Он заключается в том, что если взять замкнутую цепь из двух спаянных между собой разнородных проводников, после чего начать одну сторону спая нагревать, а другую охлаждать, то в цепи возникнет электрический ток.

Прошло много лет. Появились компьютеры, смартфоны и еще много всего, что в пятидесятых годах могло существовать только в фантастических рассказах. Люди заново стали открывать для себя вещи, которые на самом деле давным-давно известны. Как, например, в случае с фонариком без батарей, который прославил школьницу из Канады.

Интернет-конкурс научных проектов Google Science Fair, предназначенный для подростков в возрасте от 13 до 18 лет, приобрел большую популярность среди юных любителей науки и техники. Новое поколение зачастую может предложить очень интересные идеи. Так, как это сделала пятнадцатилетняя канадская школьница Энн Макосински (Ann Makosinski). Она удивила многих своим необычным проектом — фонариком, который не использует никаких источников питания.

Чтобы придуманное ею устройство давало свет, не нужно трясти корпус или крутить ручку динамо-генератора. Единственное условие для работы такого фонарика — теплые руки. Человек сам по себе является ходячей электростанцией. Его организм непрерывно работает и постоянно вырабатывает энергию. Часть этой энергии используется для поддержания температуры тела, и это свойство человеческого организма может быть использовано для получения источника электрического тока.

Конструкция фонарика содержит несколько встроенных элементов Пельтье, а работа генератора возможна благодаря разнице температур ладони и окружающей среды. Если температура ладони и воздуха различается всего на пять градусов, фонарик может продуцировать энергию до пяти милливатт. Этого вполне достаточно, чтобы заставить гореть белый светодиод.

Девушка сконструировала сразу две модели фонарика. В первой из них она использовала в качестве корпуса алюминиевую трубку, а во второй — поливинилхлорид. Внутри у фонарика пустая незакрытая полость, которая обеспечивает приток воздуха, делая систему охлаждения более эффективной.

За термоэлектрогенераторами будущее. И в этом можно было убедиться на выставке CES 2013, где компания Perpetua демонстрировала свой теплоэлектрогенератор, способный запустить электронные наручные часы от тепла прикосновения одного пальца.

Конечно, демонстрация работы современного термоэлектрогенератора выглядит очень эффектно, но не стоит считать, что подобных устройств не было раньше. Например, в 1998 году японская компания Seiko создала совершенно невероятную на то время модель Seiko Thermic. Она была выпущена очень маленьким тиражом, всего в 500 штук, но иметь такие часы хотел бы почти любой. Seiko Thermic работали на энергии тепла человеческой руки и были первыми в мире часами, способными работать на тепловой энергии.

Теоретически они могли служить бесконечно долго. Правда, была одна загвоздка, которая, вероятно, стала главным препятствием для более широкого распространения портативного термоэлектрогенератора. Модуль, обеспечивающий работу часов с помощью эффекта Зеебека, оказался очень капризным. Когда температура окружающей среды составляет 20 градусов, часы идут исправно. Но стоит человеку оказаться в очень прогретом помещении или на горячем пляже, как эффективность источника питания резко снижается. Разумеется, инженеры Seiko предусмотрели некоторый запас автономного хода на литий-ионном аккумуляторе, но его емкости хватало лишь на несколько часов. Таким образом, часы оказались красивым, но непрактичным гаджетом.

⇡#Роботы, которые гуляют сами по себе

Человек давно мечтает о роботах, которые могли бы всегда и везде сопровождать его, помогая решать те или иные задачи. Современные технологии уже вплотную подвели нас к реализации этой фантастической идеи. Роботы научились говорить и понимать человеческую речь, а некоторые даже внешне стали походить на человека. Но вот главную проблему человек так и не решил — где взять «долгоиграющий» источник питания для такого сложного устройства.

Наиболее эффективный способ восполнения энергии, который используется сегодня при проектировании автономных роботизированных устройств, — питание от солнца. Даже на марсоходе, который продолжает выполнять свою миссию за миллионы километров от Земли, установлен массив фотоэлементов — самый проверенный и надежный источник питания аккумуляторных батарей. Впрочем, бывают случаи, когда инженерам приходится искать иное решение проблемы. Если робот должен функционировать в месте, где энергии света недостаточно, от солнечных батарей не будет никакого проку.

Именно в таких условиях должен быть работать робот, запускаемый китайской командой полярников Kunlun Polar Research Team. Солнечного света на Южном полюсе в Антарктиде явно недостаточно, зато с ветром проблем нет. Поэтому для автономного питания робота было принято решение использовать вертикальную мини-турбину HoYi!. Весной прошлого года полярный ровер (обратите внимание — он тоже похож на марсоход) выдержал испытания, преодолев тысячи километров и противостоя геомагнитным возмущениям, а порой и ураганному ветру. Целью такого экстремального путешествия стал сбор данных для исследования климатических изменений на планете.

Китайские инженеры очень гордились своим полярным ровером и неоднократно утверждали, что этот робот, использующий энергию ветра, спокойно мог бы работать не только на лютом холоде, но и в жарком климате. Может, это и так, но вряд ли он туда скоро попадет, к тому же там уже трудится его «коллега по цеху».

Разработанный израильским дизайнером Shlomi Mir, робот Tumbleweed бороздит одно из самых знойных мест на планете — пустыню Сахара. Его цель — помочь экологам решить проблему опустынивания, то есть переноса песков на сельскохозяйственные угодья и плодородные почвы. Правда, конструкция этого устройства совершенно не похожа на то, что соорудили китайские специалисты для исследований в Антарктиде. Робот, собирающий данные о климатических параметрах в Сахаре, сделан в виде двух перпендикулярных восьмиугольных парусов, которые придают ему некоторое сходство со сферой. Работает он по принципу перекати-поля (отсюда и название устройства). Подул ветер — устройство покатилось, ветер стих — включились датчики и зафиксировались показания с сенсоров. Внутри такой сферы спрятан портативный компьютер, который синхронизирует сбор полезной информации — влажности, температуре и так далее. Робот «Перекати-поле» может даже собирать образцы почвы. Если ветра нет, Tumbleweed слегка прижимается к земле (или, скорее, к песку), превращаясь в лепешку — для более устойчивой позиции.

Предполагается, что это устройство позволит ученым создать трехмерную карту песчаных дюн и разработать математическую модель, с помощью которой они смогут спрогнозировать, как будут распространяться засушливые районы в ближайшие десятилетия.

⇡#Заключение

Если верить всем громким заголовкам, которые появляются с завидным постоянством в средствах массовой информации, люди уже вот-вот начнут жить как боги, не нуждаясь ни в чем — ни в еде, ни в источниках энергии, ни в воде. Одна команда ученых открыла очень дешевый способ получать электричество, другие исследователи придумали, как заставить растения произрастать с невиданной скоростью. Да только воз и ныне там. Нет кардинальных перемен, автомобили по-прежнему ездят на бензине, а на планете ощущается нехватка продовольствия. Но может, это просто вопрос времени?