Пристрої, що працюють без батарейок, все ближче - ТУ Експерт

Укр
КОНТАКТИ:
ПОТРІБНА ДОПОМОГА?
Задати питання Калькулятор
ГАРЯЧІ ПРОПОЗИЦІЇ:

  • Ліцензія на будівництво
  • Акт готовності об'єкта до експлуатації
  • Договір на постачання електроенергії

Сам собі батарейка: гаджети без батарей уже на підході

Останнє оновлення: 20.11.2017

Спеціалісти вважають, що подальший прогрес у сфері мобільної та побутової електроніки  незабаром уповільниться  через серйозну проблему – відсутність відповідних акумуляторів. Батареї для мобільних пристроїв, які протягом останніх десяти-двадцяти років ставали все тоншими й потужнішими, вже майже досягли меж досконалості. Подальші спроби збільшити ємність і потужність акумулятора без збільшення розмірів джерела живлення можуть призвести до небезпечних наслідків. Доказом слугують вибухи батарей Samsung Galaxy Note 7, які навіть призвели до тимчасової заборони провезення телефонів  цієї моделі на борту авіатранспорту.

 

Альтернативою використання батарей вважається створення пристроїв, які могли б  заряджатися від людини. Під час нормальної життєдіяльності ми «роздаємо енергію» навсібіч: рухаємося і нагріваємо навколишнє середовище теплом власного тіла. Залишилось тільки придумати, як утилізувати цю «дармову» енергію. Саме цим сьогодні зайняті провідні університети, наукові лабораторії та корпорації у всьому світі.

 

Чи варта шкурка вичинки: чому автономне живлення – це важливо?

 

Хоча більшість споживачів можуть і зачекати на появу телефонів та фітнес-браслетів, які не потрібно буде заряджати, деяким людям пристрої з повністю автономним живленням потрібні просто зараз.  Йдеться про тих, чиє життя і здоров’я залежать  від медичних пристроїв (наприклад, кардіостимуляторів). Створення пристроїв, що вживлятимуться в тіло і не потребуватимуть  додаткового живлення, може по-справжньому змінити життя багатьох людей.  

 

У перспективі технології підзарядки електронних пристроїв від тіла людини також можуть дати поштовх до розвитку і запровадження мозкових імплантів.  Наприклад, компанія Neuralink, заснована Ілоном Маском, планує розробити мікроскопічні чипи розміром не більше 0,001 мм, які можна буде вживляти в мозок людини. Установка мікрочипа в мозок  дасть змогу «спілкуватися» з комп’ютерами напряму, без використання периферії та допоміжних інтерфейсів. Футурологи та вчені прогнозують, що це може поліпшити  інтелект людини й усунути негативні наслідки багатьох захворювань: інсульту, паралічу та деменції. Більшість існуючих імплантів не можуть працювати довше п’яти років без операції з вилучення для заміни батареї. З появою нових технологій ми отримаємо пристрої, які можуть працювати без підзарядки протягом усього життя людини.

 

Зігрій гаджет своїм теплом

 

Є чимало способів змусити електронний пристрій працювати без акумулятора. Але не всі з них зручно використовувати на практиці. Наприклад, п’єзоелектричний ефект (виділення енергії деякими матеріалами при пружній деформації під дією зовнішньої сили) або  кінетична енергія руху. Через їх непрактичність більшість учених, що працюють над створенням альтернативних джерел енергії для автономної електроніки, схиляються до використання тепла людського тіла. Розробки в цій галузі здійснюються вже не одне десятиліття. 

 

Використання тепла для підзарядки гаджетів можливе завдяки термоелектричному ефекту, також відомому, як ефект Зеебека: якщо температура двох елементів замкненого електричного ланцюга відрізняється, то між ними виникає ЕДС. Такі ланцюги називають  термопарами. Позаяк температура людського тіла практично завжди відрізняється від температури навколишнього середовища, то кожен з нас є  «ходячою батарейкою» і потенційним джерелом живлення для мобільних телефонів та інших гаджетів.  

 

Останні моделі пристроїв, що виробляють струм від людського тіла, виглядають як мініатюрні металеві пластинки. Їх можна вшити в одяг або вбудувати в наручний браслет, щоб забезпечити щільний контакт термопари зі шкірою. Дослідники навіть визначили, де саме потрібно встановлювати подібні пристрої, щоб отримувати максимальний струм від тепла людини: на руці між ліктем і плечем.  

 

Головна перевага цього методу – можливість використовувати «дармове» тепло і забезпечувати пристрої електроенергією  без жодних зусиль з боку людини.  Але є і вагоме обмеження: величина термо-ЕДС, що виникає, безпосередньо залежить від різниці  температур, а сам струм дуже слабкий. Щоб підвищити ефективність системи, необхідно  збільшити розміри пристрою і площу його контактів. Але чим більша та масивніша «зарядка», тим гірші її перспективи в сегменті мобільної електроніки та автономних гаджетів.

 

Потрібно менше «їсти»

 

Інші дослідники працюють над підвищенням енергоефективності електроніки.  Адже чим менше пристрій споживає електроенергії, тим довше він може працювати, живлячись від існуючих батарей. Але залишається актуальною проблема саморозрядки  акумуляторів: якщо  батарею не використовувати, напруга в ній все одно поступово падає через «витік» енергії. Над тим, щоб подолати цю властивість і звести до мінімуму ефект саморозрядки, працює багато лабораторій.

 

Енергоефективні мікропроцесори і датчики, що споживають мінімум енергії, вкрай потрібні медицині. Низка університетів і корпорацій уже мають робочі прототипи гаджетів, які можуть відстежувати основні параметри життєдіяльності людини й аналізувати інформацію, що надходить від датчиків, або передавати її на стаціонарний комп’ютер. Наприклад, уже існують суперкомпактні пристрої, що не потребують підзарядки, у вигляді браслетів чи нагрудних модулів, що можуть моніторити пульс, частоту дихання температуру тіла та інші параметри, необхідні для відстежування рухової активності людини. Очікується, що найближчим часом  подібні пристрої, що отримують енергію від тепла тіла, вийдуть із розряду прототипів і з’являться у вільному продажу.

 

Енергія від тертя

 

Не менш перспективним у цьому питанні є трибоелектричний ефект. Пам’ятаєте, як на уроках фізики натирали ебонітову паличку вовняною тканиною? Статичну електрику, отримувану за допомогою тертя, також можна використовувати для живлення різноманітних гаджетів і мобільних пристроїв. Учені вже навчилися генерувати електроенергію у кількості, достатній для живлення невеликих світлодіодів, від легкого ляскання долонею по спеціальному полімерному матеріалу.

 

Трибоелектричний ефект можна спостерігати, використовуючи різні пари матеріалів. Крім стандартної пари ебоніт-вовна, використовують папір, шовкову тканину, деревину, органіку і метали. Але найсильніше цей ефект виражений у деяких полімерних матеріалів, розроблених спеціально для отримання електрики тертям. Дослідні зразки подібних генераторів дають більше електроенергії, ніж термопари, що працюють від тепла тіла.  

 

годинник без батарейкиГнучкість тонких полімерних пластинок та ниток, що мають виражений трибоелектричний ефект, – це додатковий плюс. Їх можна прикріпити до шкіри, пришити до тканини або вплести безпосередньо в тканий матеріал. Тому отримання енергії тертям вважається одним із найперспективніших напрямів у створенні натільних датчиків і мобільних пристроїв.  

 

Коли ж, ну коли?

 

Поява на ринку автономних пристроїв, для роботи яких не потрібні батареї, – це справа найближчого майбутнього. Деякі виробники вважають, що зможуть випустити такі гаджети не пізніше, ніж через три роки. Зокрема, на осінь планується вихід годинників Matrix Watch, які працюють від тепла тіла. Щоправда, прототипи цього пристрою, представлені пресі минулого року, працювали не найкращим чином. Але виробник запевняє, що всі проблеми давно розв’язані, і до запуску гаджета в серію залишилось зовсім трохи.  

 

Так що не поспішайте викидати зарядні пристрої і кабелі. Але й не дивуйтеся, якщо навколо вас незабаром з’являться люди, які користуються  пристроями, що працюють без акумуляторів.

Раніше ТУ Експерт писав, куди піти вчитися. Також читайте про формування тарифів на електроенергію в 2017.