Устройство, описанное сегодня в журнале Science Advances, достаточно эластично, чтобы его можно было носить как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается вашей кожи. Он также использует естественное тепло человека – используя термоэлектрические генераторы для преобразования внутренней температуры тела в электричество.
«В будущем мы хотим иметь возможность питать вашу носимую электронику без необходимости включать батарею», – сказал Цзянлян Сяо, старший автор новой статьи и доцент Paul M. Ради Департамент машиностроения в CU Boulder.
Эта концепция может звучать как что-то из серии фильмов «Матрица», в которых раса роботов поработила людей, чтобы собрать их драгоценную органическую энергию. Сяо и его коллеги не так уж амбициозны: их устройства могут генерировать около 1 вольт энергии на каждый квадратный сантиметр кожного пространства – меньшее напряжение на площадь, чем у большинства существующих батарей, но все же достаточно для питания электроники, такой как часы или фитнес-трекеры.
Ученые ранее экспериментировали с аналогичными термоэлектрическими носимыми устройствами, но устройство Xiao эластично, может самовосстанавливаться при повреждении и полностью пригодно для вторичной переработки, что делает его более чистой альтернативой традиционной электронике.
«Всякий раз, когда вы используете батарею, вы ее разряжаете, и, в конце концов, вам нужно будет заменить ее», – сказал Сяо. "Наш термоэлектрический прибор хорош тем, что его можно носить, и он обеспечивает постоянную мощность."
Шик в стиле хай-тек
Проект – не первая попытка Сяо объединить человека с роботом.
Он и его коллеги ранее экспериментировали с разработкой «электронной кожи», носимых устройств, которые выглядят и ведут себя так же, как настоящая человеческая кожа. Однако для работы этот эпидермис андроида должен быть подключен к внешнему источнику питания.
До настоящего времени. Последняя инновация группы начинается с основы из эластичного материала под названием полиимин.
Затем ученые вставляют серию тонких термоэлектрических чипов в эту основу, соединяя их все жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом и миниатюрной материнской платой компьютера или, может быть, технологичное кольцо с бриллиантом.
«Наша конструкция делает всю систему растягиваемой, не вызывая больших нагрузок на термоэлектрический материал, который может быть действительно хрупким», – сказал Сяо.
Просто представьте, что вы вышли на пробежку. Во время упражнений ваше тело нагревается, и это тепло будет излучаться в прохладный воздух вокруг вас. Устройство Сяо улавливает этот поток энергии, а не тратит впустую.
«Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом, и они могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду», – сказал он.
Лего блоки
Он добавил, что вы можете легко увеличить эту мощность, добавив больше блоков генераторов.
В этом смысле он сравнивает свой дизайн с популярной детской игрушкой.
«Что я могу сделать, так это объединить эти более мелкие единицы, чтобы получить более крупную единицу», – сказал он. "Это все равно, что собрать кучу маленьких деталей Lego, чтобы сделать большую конструкцию. Это дает вам много возможностей для настройки."
Сяо и его коллеги подсчитали, например, что человек, совершающий быструю прогулку, может использовать устройство размером с обычный спортивный браслет, чтобы генерировать около 5 вольт электричества, что больше, чем могут потреблять батарейки для многих часов.
Как и электронная кожа Сяо, новые устройства устойчивы, как биологическая ткань. Например, если ваше устройство порвется, вы можете сжать сломанные концы вместе, и они снова закроются через несколько минут. А когда вы закончите работу с устройством, вы можете окунуть его в специальный раствор, который отделит электронные компоненты и растворит полииминовую основу – каждый из этих ингредиентов может быть использован повторно.
«Мы стараемся сделать наши устройства как можно более дешевыми и надежными, а также максимально снизить воздействие на окружающую среду», – сказал Сяо.
Несмотря на то, что в дизайне еще есть надстройки, он считает, что устройства его группы могут появиться на рынке через пять-десять лет. Только не говори роботам.
Мы не хотим, чтобы у них появлялись идеи.
Соавторами новой статьи являются исследователи из Харбинского технологического института Китая, Юго-восточного университета, Чжэцзянского университета, Университета Тунцзи и Университета науки и технологий Хуачжун.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = hexScHvEFwQ & feature = emb_logo