Новое носимое устройство использует энергию от низкочастотных вибраций

Специалисты университетов штата Пенсильвания и Юты разработали носимое устройство для сбора и использования энергии от взмахов руки при ходьбе или беге. Аппарат, размером с наручные часы, генерирует достаточно энергии для работы персональной системы слежения за состоянием здоровья.

Выводы проекта представлены в Advanced Functional Materials. Устройства для сбора энергии пользуются спросом для питания миллионов элементов интернета вещей, сообщает phys.org. Непрерывно подавая электричество на аккумулятор или супер конденсатор, пользователь может уменьшить расходы на замену батареек и снизить их долю в мусоре.

«Прибор, сделанный из наших оптимизированных материалов, работает в 5-50 лучше любых представленных ранее аналогов», — сказала профессор Сьюзен Тролеер-Маккинстри из Университета штата Пенсильвания (Penn State).

Исследователи использовали известный пьезоэлектрический продукт, PZT, покрыв его с двух сторон гибкой металлической фольгой, толщиной в 4-5 раз больше, чем в предыдущих устройствах. Увеличенный объем активного материала привело к росту выработки тока. Ориентируя кристаллическую структуру пленки для оптимизации поляризации, ученые смогли повысить эффективность сбора энергии. Выращивание на гибкой металлической фольге позволило PZT-структурам выдерживать большое напряжение без потери целостности.

Вместе с коллегами из Университета Юты ученые создали напоминающие наручные часы устройства с новым материалом. Оно использует свободно вращающийся, эксцентрический латунный ротор и несколько брусков из PZT. Каждый элемент включает магнит. При сближении ротора с одним из брусков, они отталкивают друг друга, запуская процесс преобразования с повышением частоты. Оно превращает медленное вращение запястьем в более быстрые колебания. Дизайн устройства эффективнее стандартных электромагнитных сборщиков, вроде тех, что установлены в самозаряжающихся часах.

Авторы уверены, что в будущем смогут удвоить выработку энергии, используя процесс холодного спекания, разработанный в Penn State. Они также занимаются внедрением магнитного компонента в существующие механические сборщики энергии для обеспечения работы в периоды без физической активности.