211service.com
Kāmja spēka izmantošana ar nanoģeneratoru
Saules gaisma, vējš un viļņi nav vienīgie atjaunojamās enerģijas avoti. Pētniekiem, kas vēlas darbināt nanomēroga ierīces, ir arī muskuļu spēks.
Muskuļu spēks: Šim kāmim ir jaka, kas piestiprināta pie nanoģeneratora, kas, skrienot uz vingrošanas riteņa, savāc biomehānisko enerģiju.
Katrs sirdspuksts un ikviena nemierīga kustība, ko cilvēks veic, sēžot pie datora, nes sev līdzi nelielu enerģijas daudzumu, ko potenciāli varētu iztērēt. Tomēr šīs biokustības iegūšana ir sarežģīta, jo liela daļa no tās ir neregulāra. Tagad pirmo reizi pētnieki ir pierādījuši, ka nanoģeneratoru var darbināt neregulāras, zemas enerģijas biokustības, tostarp cilvēka pirksta pieskaršanās un kāmja neregulāra skriešana un skrāpējumi.
Pētnieku nanoģenerators izmanto pjezoelektrisko efektu - veidu, kā daži kristāliski materiāli rada elektrisko potenciālu, ja tie tiek pakļauti mehāniskai spriedzei. Komanda, kuru vadīja Džuns Lins Vans , Džordžijas Tehnikas materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors, kopš 2005. gada ir izgatavojis ģeneratorus, izmantojot pjezoelektriskos nanovadus. Jaunākais nanoģenerators sastāv no cinka oksīda nanovadu sērijas, kas uzstādītas uz elastīgas plastmasas virsmas. Vadi ir savienoti viens ar otru un ar ārēju elektrisko ķēdi ar metāla elektrodiem. Kad plastmasa saliecas, arī vadi saliecas, un šī kustība rada elektrisko potenciālu vados, kas virza strāvu caur ārējo ķēdi.
Šonedēļ žurnālā publicētajā rakstā Nano burti , Vanga grupa apraksta nanoģeneratora izmantošanu dažāda veida biomehāniskās enerģijas iegūšanai. Pētnieki pievienoja nanoģeneratoru cilvēka rādītājpirkstam un reģistrēja jaudu, kad tas pieskaras virsmai. Viņi arī ieguva enerģiju no kāmja, kurš valkāja nelielu jaku, kas piestiprināta pie ierīces, jo grauzējs skrēja uz vingrošanas riteņa un saskrāpēja sevi.
Citi pētnieki ir izstrādājuši pjezoelektriskos konsoles, kas var arī iegūt biomehānisko enerģiju, taču šīs sistēmas paļaujas uz regulāru mehānisko rezonansi noteiktā frekvencē. Lielākā daļa biokustību — muskuļu stiepšana, roku šūpošana, staigāšana, pat sirds pukstēšana — rada mehānisku enerģiju, kas ir neregulārāka. Vangs saka, ka viņa grupa ir izgatavojusi pirmo ģeneratoru, kas patiešām spēj iegūt nelielas, neregulāras kustības.
Ierīces radītā enerģija pašlaik ir maza (apmēram nanovats), taču Vangs saka, ka tas joprojām ir svarīgs solis ceļā uz noderīgu enerģijas avotu izstrādi nanomēroga ierīcēm. Izcili jutīgiem nanomēroga sensoriem ir nepieciešams ļoti maz enerģijas — apmēram mikrovatu —, lai veiktu tādas darbības kā patogēnu vai vēža proteīnu noteikšana. Taču daļa no tā, kas kavē to attīstību, ir esošo barošanas avotu lielums un kalpošanas laiks. Implantējamiem nanosensoriem ir nepieciešams gan nanoizmēra, gan ilgmūžīgs barošanas avots, kas novērš nepieciešamību to ķirurģiski noņemt un nomainīt.
Vanga grupa vēl nav izveidojusi implantējamu nanoģeneratora versiju, taču Vangs saka, ka teorētiski tam vajadzētu būt iespējamam. Nanoģeneratori, piemēram, var būt iesaiņoti bioloģiski saderīgos polimēros un implantēti muskuļu audos.
Pētnieki strādā pie ierīces jaudas palielināšanas, pievienojot vairāk pjezoelektrisko vadu, kas sakārtoti sērijveidā. Papildus nanomēroga ierīču darbināšanai pjezoelektriskos ģeneratorus varētu savienot ar lielākām ierīcēm. Nākamo piecu līdz desmit gadu laikā Vangs cer ievērojami palielināt ģeneratora jaudu, lai to varētu ieaust cilvēka izmēra jakas audumā un savākt pietiekami daudz enerģijas, lai uzlādētu portatīvo elektronisko ierīču akumulatorus.