“Mikro-rrjeti që vishet” përdor trupin e njeriut për të furnizuar në mënyrë të qëndrueshme pajisje të vogla

Nanoinxhinierët në Universitetin e Kalifornisë në San Diego kanë zhvilluar një “mikro-rrjetë që vishet” që merr dhe ruan energji nga trupi i njeriut për të furnizuar pajisjet e vogla elektronike. Përbëhet nga tre pjesë kryesore: qelizat e biokarburanteve që punojnë me djersë, pajisjet me lëvizje të quajtura gjeneratorë triboelektrikë dhe superkondensatorët që ruajnë energjinë. Të gjitha pjesët janë fleksible, mund të lahen dhe mund të printohen në veshje.

“Ne jemi duke aplikuar konceptin e mikrogridit për të krijuar sisteme që mund të vishen që mundësohen në mënyrë të qëndrueshme, të besueshme dhe të pavarur,”- thotë bashkëautori i parë Lu Yin, një student Ph.D nanoinxhinierie në Shkollën e Inxhinierisë në UC San Diego Jacobs. “Ashtu si një mikrorrjetë e qytetit integron një larmi burimesh lokale, të ripërtëritshme të energjisë si era dhe dielli, një mikrorrjetë që vishet integron pajisje që lokalisht absorbojnë energji nga pjesë të ndryshme të trupit, si djersa dhe lëvizja, ndërsa përmbajnë rezervë energjie.”

Mikrorrjeta është ndërtuar nga një kombinim i pjesëve elektronike fleksible që janë zhvilluar nga ekipi Nanobioelektronikë i profesorit të nanoinxhinierisë në UC San Diego Joseph Wang, i cili është drejtori i Qendrës për Sensorë që Vishen në UC San Diego dhe autori përkatës në studimin aktual. Secila pjesë printohet mbi një këmishë dhe vendoset në një mënyrë që optimizon sasinë e energjisë së mbledhur.

Qelizat e biokarburanteve që mbledhin energji nga djersa janë të vendosura brenda këmishës në gjoks. Pajisjet që shndërrojnë energjinë nga lëvizja në energji elektrike, të quajtur gjeneratorë triboelektrikë, janë të vendosura jashtë këmishës në parakrahët dhe anët e trupit afër belit. Ata marrin energji nga lëvizja lëkundëse e krahëve kundër trurit gjatë ecjes ose vrapimit. Superkacitorët jashtë këmishës në gjoks ruajnë përkohësisht energjinë nga të dyja pajisjet dhe më pas e shkarkojnë atë për të furnizuar pajisjet elektronike të vogla.

Marrja e energjisë si nga lëvizja, ashtu edhe nga djersa mundëson që mikro-rrjeti të furnizojë pajisjet shpejt dhe në mënyrë të vazhdueshme. Gjeneratorët triboelektrik sigurojnë energji menjëherë sapo përdoruesi të fillojë të lëvizë, para se të djersitet. Sapo përdoruesi të fillojë të djersitet, qelizat e biokarburanteve fillojnë të sigurojnë energji dhe vazhdojnë ta bëjnë këtë pasi përdoruesi të ndalojë së lëvizuri.

“Kur i shtojmë këto të dyja së ​​bashku, ato plotësojnë mangësitë e njëri-tjetrit,”- thotë Yin. “Ata janë komplementarë dhe sinergjikë për të mundësuar fillimin e shpejtë dhe fuqinë e vazhdueshme.” I gjithë sistemi funksionon dy herë më shpejt sesa po të kishte vetëm qelizat e biokarburanteve dhe zgjat tre herë më shumë se vetëm gjeneratorët triboelektrikë.

Mikro-rrjeta u testua mbi një subjekt gjatë seancave 30-minutëshe që konsistonin në 10 minuta ushtrime në një pajisje çiklizmi ose vrapimi, pasuar nga 20 minuta pushim. Sistemi ishte në gjendje të furnizonte një orë dore LCD ose një ekran të vogël elektrokromik; një pajisje që ndryshon ngjyrën në përgjigje të një voltazhi të aplikuar; gjatë çdo seance 30 minutëshe.

Më e madhe se shuma e pjesëve të saj

Qelizat e biokarburanteve janë të pajisura me enzima që shkaktojnë një shkëmbim të elektroneve midis molekulave të laktatit dhe oksigjenit në djersën e njeriut për të gjeneruar energji elektrike. Ekipi i Wang së pari raportoi këto veshje të mbledhjes së djersës në një numër të botuar në 2013. Duke punuar me kolegët në Qendrën UC San Diego për Sensorë të Veshshëm, ata më vonë azhurnuan teknologjinë për t’u shtrirë më tej dhe për të qenë mjaft e fuqishme për të furnizuar pajisje të vogla elektronike.

Gjeneratorët triboelektrikë janë bërë nga një material i ngarkuar negativisht, i vendosur në parakrahë dhe një material i ngarkuar pozitivisht, i vendosur në anët e trupit. Ndërsa krahët lëkunden kundër trurit gjatë ecjes ose vrapimit, materialet e ngarkuara në mënyrë të kundërt fërkohen dhe gjenerojnë energji elektrike.

Çdo veshje siguron një lloj të ndryshëm fuqie. Qelizat e biokarburanteve sigurojnë tension të ulët të vazhdueshëm, ndërsa gjeneratorët triboelektrikë sigurojnë impulse të tensionit të lartë. Në mënyrë që sistemi të furnizojë pajisjet, këto tensione të ndryshme duhet të kombinohen dhe rregullohen në një tension të qëndrueshëm. Aty hyjnë superkondensatorët; ata veprojnë si një rezervuar që përkohësisht ruan energjinë nga të dyja burimet e energjisë dhe mund ta shkarkojë atë sipas nevojës.

Yin e krahasoi konfigurimin me një sistem të furnizimit me ujë.

“Imagjinoni sikur qelizat e biokarburanteve janë një rubinet me rrjedhje të ngadaltë dhe gjeneratorët triboelektrikë janë si një tub që nxjerr avionë uji,”- thotë ai. “Superkondensatorët janë rezervuari në të cilin ushqehen të dy dhe ju mund të tërhiqni nga ai rezervuar sido që të keni nevojë.”

Të gjitha pjesët janë të lidhura me ndërlidhje argjendi fleksible, të cilat gjithashtu janë të shtypura në këmishë dhe të izoluara nga veshja e papërshkueshme nga uji. Performanca e secilës pjesë nuk ndikohet nga përkulja, palosja dhe përthyerja e përsëritur, ose larja në ujë; për sa kohë që nuk përdoret detergjent.

Risi kryesore e kësaj pune nuk janë vetë pajisjet që mund të vishen, tha Yin, por integrimi sistematik dhe efikas i të gjitha pajisjeve.

“Ne nuk po shtojmë vetëm A dhe B së bashku dhe e quajmë atë një sistem. Ne zgjodhëm pjesë që kanë veti të ndryshimit të formës (gjithçka këtu është e shtypshme, fleksibile dhe e shtrirë); përputhje të performancës; dhe funksionalitet plotësues, që do të thotë se të gjitha janë të dobishme për të njëjtin skenar (në këtë rast, lëvizje rigoroze),”- tha ai.

Aplikime të tjera

Ky sistem i veçantë është i dobishëm për atletikë dhe raste të tjera kur përdoruesi po kryen ushtrime. Por ky është vetëm një shembull se si mund të përdoret mikro-rrjeti që vishet. “Ne nuk jemi duke u kufizuar në këtë dizajn. Ne mund ta përshtatim sistemin duke zgjedhur lloje të ndryshme të “vjelësve” të energjisë për skenarë të ndryshëm,”- tha Yin.

Studiuesit janë duke punuar në dizajne të tjera që mund të marrin energji ndërsa përdoruesi është ulur brenda një zyre, për shembull, ose lëviz ngadalë jashtë.