Джерела енергії для гаджетів майбутнього



Гаджети невблаганно стають все менше в розмірах, незважаючи на очевидні анатомічні обмеження людини. Та поступово стають все «носимее», все ближче до тіла. Яскраві приклади — фітнес-трэкеры, які зайняли місце наручних годинників, витіснених було з ужитку масовим поширенням мобільних телефонів. Тепер годинник, перегрупувавшись і отримавши підкріплення, вони перейшли в наступ вже у вигляді «розумних». Окуляри, теж пішли в підпілля завдяки контактним лінзам, незабаром можуть підтягнутися слідом за годинником.

Природно, це не межа. В недалекому майбутньому нас очікує поява ще більш компактних гаджетів. Можливо, вони навіть будуть використовувати тіло людини. І тим гостріше повинна встати проблема електроживлення гаджетів. З одного боку, измельчание елементної бази може спричинити за собою зниження енергоспоживання. З іншого боку, акумулятори теж доведеться зменшувати у розмірах, щоб хоч якось зберегти компактність і витонченість виробів. І все стане ще складніше у випадку використання тіла людини як активного компонента самого гаджета. Тому зараз саме час звернути увагу на альтернативні способи електроживлення, які можуть стати гарною підмогою вже зараз.

Зокрема, давайте розглянемо використання тепла людського тіла, піт і канализированный світло.

Звична еженощная зарядка гаджетів може бути незручною для деяких носяться гаджетів. А в ряді випадків, наприклад, імплантованих пристроїв, — навіть неможливою. Свого часу широкого розголосу набув досвід Нілу Харбиссона (Neil Harbisson), якому в 2004 році в ході підпільної операції імплантували в голову пристрій на 30-см кронштейні, що дозволяє розрізняти кольори. Справа в тому, що Ніл страждає рідкісним генетичним розладів, выражающемся у відсутності колірного зору. Звичайно, він не знайшов раптом здатність розрізняти кольори. Якщо коротко, то зображення з камери трансформується в звуки різної частоти в залежності від зареєстрованих квітів. І Харбиссон орієнтується в різнобарвності світу за цим звукам, що транслюються імплантатом.



У 2013 році Харбиссон апгрейдился, додавши Bluetooth-модуль, що дозволило йому завантажувати зображення з мобільного телефону, які йому надсилають інші люди. Також Харбиссон став першою людиною, офіційно визнаним кіборгом — британська паспортна служба створила прецедент. Але також на своєму прикладі він продемонстрував особливості «експлуатації» електронних гаджетів.

Безсумнівно, що рано чи пізно використання носимой електроніки стане якщо не трендом, повсякденним явищем. Причина проста — це дуже зручно. Набагато простіше пристебнути, приклеїти, імплантувати або навіть татуировать собі той чи інший гаджет. Наприклад, імплантований телефон ніде не можна забути, втратити, упустити у воду, випадково сісти на нього і розчавити.

На ринку вже міцно утвердилися портативні гаджети, що використовують різні способи «монтажу»: браслети, наклейки, затискачі, підвіски, вживлені датчики і «розумну» одяг, що включає вплетені і вшиті електронні компоненти. Мабуть, вже випробувані всі можливі способи.



Причому головною проблемою носяться гаджетів вже (або теж) є електроживлення. Не рятує навіть підвищення енергоекономічності. У випадку з традиційними смартфонами, планшетами та іншими пристроями нам достатньо просто поставити їх вночі на зарядку, але це далеко не завжди зручно для власників носяться гаджетів. А як бути з імплантованими пристроями? Різати по живому і міняти батарейки?

Звичайно, вчені продовжують працювати над зниженням енергоспоживання гаджетів. Наприклад, вельми перспективними виглядає цей чіп, здатний радикально поліпшити ситуацію. І в разі успішності даної розробки, для тривалого харчування пристроїв буде достатньо навіть енергії з «навколишнього середовища». Можливо, на перших порах, вона буде використовуватися на додаток до основного акумулятора.

Отримання енергії ззовні

Всі потенційні зовнішні джерела енергії для гаджетів можна умовно розділити на п'ять видів: фотоелектричні (світло), термоелектричні (тепло), п'єзоелектричні (механічне тиск/стиснення), електродинамічні (вібрація/рух) і біологічні (органічна хімія, наприклад, з використанням жиру або поту). За останні 2-3 року були проведені десятки досліджень, за якими можна судити про прогрес у всіх п'яти категоріях. Але майже всі успіхи залишаються обмеженими стінами лабораторій, не рахуючи кількох винятків кшталт «біометричних навушників».

Крім науково-технічних складнощів використання зовнішніх джерел енергії, є важливий чинник психологічної неготовності споживачів. Пристрої, які «харчуються» теплом нашого тіла або іншими видами енергії, стануть для людей більш прийнятним лише через деякий час, коли портативні гаджети стануть звичними, як сучасні смартфони. Перші покоління носяться гаджетів ще будуть використовувати традиційні акумулятори акумулятори, але протягом лічених років споживачі стануть готові до наступного кроку».

Альтернативна енергія

Але все ж це далеко не ключовий момент. Головною рушійною силою впровадження альтернативних джерел енергії залишаються науково-технічні успіхи. Найбільш перспективними напрямками сьогодні виглядають:

• Перетворення людини тепла в електрику за допомогою склотканини. Вже розроблено лабораторний зразок гнучкого стеклотканевого термоелектричного генератора товщиною близько 500 мікрон і щільністю близько 0,13 г/см2. Мінімальний радіус вигину становить 20 мм, а продуктивність генератора не змінюється протягом 120 циклів згинання.


• Каналізування світла з допомогою фотоелектричних органічних комірок, вплетених в тканину. Вони являють собою гнучкі і м'які ділянки на тканини площею до 5 см2. На сьогоднішній день їх ККД становить близько 1,79%, на яскравому сонці щільність вироблюваного струму досягає 13,11 мА/см2.


Перетворення лактатов з людського поту в електрику з допомогою «біотатуювання». Це не класична татуювання, а тимчасове покриття з речовини, у якому в процесі хімічної реакції відбувається вироблення електрики. Зараз вчені домоглися вироблення близько 4 мікроват при площі контакту з шкірою в 6 мм2. При використанні більш великих «татуювань» вдавалося досягти 70 мікроват.


• Використання радиомагнитных полів для бездротового харчування біометричних імплантатів і «самохідних» пристроїв для цілеспрямованої доставки ліків.



Ймовірно, протягом декількох найближчих років ми зможемо побачити перші комерційні пристрої, що використовують вищеописані альтернативні джерела живлення. Звичайно, якщо говорити про прилади медичного призначення, то в першу чергу нові технології будуть використовуватися для некритичних для цілей життя, вже точно не для кардіостимуляторів.

Напевно ефективність перших альтернативних систем живлення буде низькою. Цілком можливо, що 90% часу вони будуть накопичувати енергію, вносячи невеликий внесок у загальний енергопостачання пристроїв. Але одного разу ситуація зміниться, і ми будемо носити батарейки та акумулятори просто для підстраховки. А гаджети чудово працюватимуть і без них.

Про чудовий новий світ.

Припустимо, що в найближчі півроку-рік вдасться радикально збільшити ефективність описаних технологій. Які з них можна було б застосувати в сучасних пристроях, наприклад, нових поколіннях YotaPhone? Найбільш очевидні — термо — та фотоелектрична.

Інтеграція в корпус смартфона зовнішніх теплопоглинаючих елементів дозволила б істотно продовжити роботу пристрою. Причому не обов'язково весь час тримати його в руках, досить і кишені, лише б ближче до тіла. Крім того, зовсім інше значення набуло б явище нагріву гаджета по інтенсивному навантаженні. Замість марного відводу тепла назовні можна було б використовувати його для живлення електроенергією самого пристрою. Рекуперація в чистому вигляді.

У випадку з фотоелектричної технологією перевагу отримували б ті, хто частіше користується смартфоном на досить яскравому світлі. Хоча це не додає комфорту при роботі з традиційними РК-дисплеями, зате йде на користь при роботі з EPD, електронними чорнилами. Логічно було б розмістити светопоглощающіе елементи на торцях пристрою. В якості альтернативного рішення можна подумати про швидкознімних фотоелектричних чохлах для смартфонів, що виробляють енергію на світлі і відразу заряджаючих свій вміст індукційним способом.

А які способи реалізації альтернативних технологій електроживлення смартфонів приходять вам в голову?

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.