Giyilebilir cihazların insan hareketi ile çalıştırılması mümkün müdür?
Kılavuz
Triboelektrik nano jeneratör, giyilebilir cihazlara güç sağlamak için insan vücudunun hareketinin enerjisini toplayabilir. Bununla birlikte, birçok insan hala uygulanabilirliğinden ve pratikliğinden şüphe ediyor. Ancak, Güney Kore'nin Samsung Kapsamlı Teknoloji Araştırma Enstitüsü tarafından yapılan yakın tarihli bir çalışma, triboelektrik nanojeneratörlerin küçük giyilebilir cihazların ve taşınabilir cihazların enerji tüketimi ihtiyaçlarını karşılayabildiğini kanıtladı.
Anahtar kelime
Triboelektrik nanojeneratör, giyilebilir, akıllı telefon, sensör, enerji
arka fon
Giyilebilir cihazlar, sensörler, akıllı telefonlar ve diğer elektronik cihazların ortak bir sorunu vardır: pil ömrü sınırlıdır ve tekrar tekrar şarj edilmesi gerekir. Hepimizin bildiği gibi bu, cihaz performansını ve kullanıcı deneyimini etkileyen çok önemli bir engeldir.
Bu amaçla, bilimsel ve endüstriyel çevreler sürekli olarak pil performansını iyileştiriyor ve ayrıca aktif olarak yeni enerji tedarik yöntemlerini araştırıyor, elektronik cihazlara güç sağlamak için harici enerji topluyor. Bu dış enerji şunları içerir: güneş enerjisi, termal enerji, mekanik enerji, vb. Hepsi temiz ve yenilenebilir.
Ancak bu enerjinin toplanması ve elektronik cihazların kullanabileceği elektrik enerjisine dönüştürülmesi özel cihazlar gerektirir. Geçen ay John, "Yeni Triboelektrik Nanojeneratör: Çin Geleneksel Kağıt Kesiminden Esinlendi!" Makalede, insan hareketi ile üretilen mekanik enerjiyi toplayıp elektrik enerjisine dönüştürebilen özel bir cihaz olan ultra hafif, elmas şeklinde kağıt kesimli "triboelektrik nanojeneratör" (TENG'ler) tanıttım.
(Resim kaynağı: Amerikan Kimya Derneği)
Triboelektrik nanojeneratörün çalışma yöntemi çok basittir ve koşma gibi insan hareketi ile üretilebilen çevredeki mekanik enerjiden enerji toplar.
Elektrifikasyon fenomeni, insanlar tarafından çok erken tanınan doğal bir fenomendir ve her zaman ve her yerde yapılabilir ki bu çok uygundur. Triboelektrik nanojeneratör bu prensibe dayanmaktadır. Sürtünme meydana geldiğinde, iki polimer film arasında üretilen yükler ayrılacak ve böylece bir potansiyel fark oluşturacak ve bir harici devre aracılığıyla bir elektrik akımı oluşturulacak ve böylece elektrik enerjisi üretilecektir.
Triboelektrik nanojeneratörün icadı, enerji toplamak ve tedarik etmek için bize yeni bir yol açtı. Gelecekte, akıllı giysiler, giyilebilir cihazlar, vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlar, vb. Elektrik üretmek ve "kendi kendine çalışan" gücü elde etmek için insan hareketini kullanabilir.
Gelecekte, belki artık cep telefonlarımızdaki gücün bitmesi veya her yerde priz ve güç bankası aramak konusunda endişelenmemize gerek kalmayacak. Belki bir süre yürüdükten veya bir süre egzersiz yaptıktan sonra telefon tekrar şarj olur.
çalışma
Bununla birlikte, böylesine çekici ve modern bir yenilikçi teknoloji için, birçok arkadaş sormaya yardımcı olmayabilir:
Kullanıcının günlük hareketiyle üretilen enerjiyi kullanan bu tür bir triboelektrik nanojeneratör, giyilebilir elektronik cihazlara güç sağlamak için yeterli mi? Bu ekipman uygulanabilir ve pratik mi?
Bu amaçla, Güney Kore'nin Samsung Teknoloji Enstitüsü en son araştırmayı başlattı ve araştırma makalesi bu hafta American Physical Society tarafından yayınlanan "APL Materials" dergisinde yayınlandı. Aşağıda, bu araştırmanın ana içeriğini ve kilit noktalarını tanıtacağız.
Triboelektrik nanojeneratörlerin "mümkün olan maksimum enerjisini" iyileştirmek için, araştırmacılar esas olarak insan hareketinin formlarını incelediler ve insan hareketini hız ve esneklikle temsil edilen iki türe ayırdılar.
Egzersizle üretilen enerji ile elektronik cihazların enerji tüketimi gereksinimleri arasındaki karşılaştırmayı anlamak için araştırmacının makalesinde bir resme bakalım:
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
(A): Tablet, akıllı telefon, kulaklık, akıllı saat, spor bileklik, e-kitap vb. Çeşitli elektronik cihazların gücü ve bir dakikada tüketilen enerji.
(B): Baş hareketi, kol hareketi, önkol hareketi, baldır hareketi, bacak hareketi, yazı yazma ve futbol gibi insan vücudunun çeşitli bölgelerinin (boy 175 cm, ağırlık 68 kg) bir dakikada harcadığı enerji.
Yukarıdaki şekilden analiz edilebilir ki, kolun yazılması veya sallanmasıyla üretilenler gibi triboelektrik nanojeneratör tarafından toplanan insan vücudu hareket enerjisinin bir dakika içinde, çoğu ticari elektronik cihaz ve giyilebilir cihazların enerji tüketimi gereksinimlerini karşılayabilir.
Daha sonra, araştırmacılar farklı hareket biçimleri tarafından üretilen enerjiyi sınıflandırdılar ve incelediler.Burada, esas olarak hız ve esneklikle temsil edilen hareket biçimlerini incelediler. Kilit noktaları vurgulamak için hala iki resme bakıyoruz:
İlk resim gösteriyor: Farklı hız ve esnekliğe bağlı olarak, triboelektrik nanojeneratörün mümkün olan maksimum enerjisinin (EMP) değişmesine neden olacak farklı kinetik enerji ve dürtü üretilecek.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
İkinci resim, her egzersizin enerji çıktısının farklı hızlar ve yay sabitleri altında değiştiğini göstermektedir.Kırmızı kısım yüksek enerjiyi ve mavi kısım düşük enerjiyi temsil etmektedir.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
değer
Her şeyden önce, spesifik pratik araştırma şeklinde bu araştırma, triboelektrik nanojeneratörün, küçük giyilebilir cihazların ve taşınabilir cihazların enerji tüketim gereksinimlerini karşılamak için insan hareketinin mekanik enerjisini kullanabileceğini ve enerji kaynağı olarak kullanılabileceğini kanıtlıyor.
Aynı zamanda, cihazın elektrik ürettiği mekanizmanın dikkatli bir şekilde incelenmesi yoluyla, esnekliğin genellikle triboelektrik nanojeneratörün mümkün olan maksimum enerji değerini hesaplamada bir faktör olmadığını, ancak aslında bu değeri artırmaya katkıda bulunabileceğini buldular.
Bu araştırmayı bir fırsat olarak değerlendiren Samsung'un araştırmacıları, bu teknolojiyi derinlemesine incelemeye devam etmeyi, pratik uygulamasını teşvik etmeyi ve triboelektrik nanojeneratörün güç üretim kapasitesini ve güç kaynağı süresini daha da iyileştirmeyi planlıyor.
Bu bağlamda, Samsung Institute of Technology'den araştırmacı ve makalenin yazarlarından Hyeon-Jin Shin şunları söyledi:
"Pratik uygulamalarda, triboelektrik nanojeneratörün çıkış enerjisini optimize etmek gelecekte bir görevdir, çünkü gerçek sistem empedans uyumu, frekans kontrolü ve yapısal kararlılık gibi birçok sınırlamaya tabidir. Ancak, bu Araştırma bize, sınırlı bir alanda daha fazla enerji elde etmek için triboelektrik nanojeneratör hakkında daha derin bir anlayış sağladı. "
Referans
[1] https://publishing.aip.org/publishing/journal-highlights/can-motion-checking-your-smartwatch-charge-it
2 Kyung-Eun Byun, Min-Hyun Lee, Yeonchoo Cho, Seung-Geol Nam, Hyeon-Jin Shin, Seongjun Park, "Triboelektrik nanojeneratörün maksimum çıkış enerjisini artırmak için potansiyel hareket rolü," APL Materials, 10 Mayıs 2017 (DOI: 10.1063 / 1.4979955)
Değişimi daha fazla tartışması gereken arkadaşlar, lütfen yazarla doğrudan WeChat: JohnZh1984 üzerinden iletişime geçin veya WeChat genel hesabını izleyin: IntelligentThings.
