Vil denne T-shirt en dag give energi til din mobiltelefon? Det mener forskere

Kald det den elektriske T-shirt. Eller, som forskerne ved University of California San Diego har døbt det, det "bærbare mikronet".

Uanset kaldenavnet kan den langærmede skjorte designet af brainiacs på Jacobs School of Engineering høste og gemme energi, mens bæreren bevæger sig eller træner. Skolens nanoingeniører forventer, at prototypen en dag vil blive forfinet til det punkt, hvor elektroniske enheder som mobiltelefoner ikke behøver at være afhængige af elnettet for strøm, men kan køre på de tøjartikler, folk bærer hver dag.

Og måske generere strøm, der bogstaveligt talt er lige ved fingerspidserne.

"Det, vi ønsker at opnå i sidste ende, er at have et system, hvor du ikke behøver at tænke på opladning længere," sagde Lu Yin, en nanoingeniør Ph.D. studerende, der har arbejdet tæt sammen med Joseph Wang, direktør for Center for Wearable Sensors ved UC San Diego.

Skjorten opsamler eller høster energi fra den menneskelige krop, som kan opbevares og derefter bruges til at drive lille elektronik, såsom et LCD-armbåndsur.

Biobrændstofceller, der drives af sved produceret af bæreren, er placeret inde i skjorten ved brystet. På skjortens underarme og overkrop høster triboelektriske generatorer energi, mens brugeren går eller jogger. Samtidig lagrer superkondensatorer placeret på skjortens bryst midlertidigt energien og afleder den derefter til strømforsyning af enheder.

Det lyder som om prototypen ville være omfangsrig og akavet at have på, men den er let, fleksibel og påvirkes ikke af bøjning, foldning eller krølning. Skjorten kan vaskes i vand, så længe der ikke bruges vaskemiddel.

Den energi, der genereres ved at svinge med brugerens arme, mens han løber eller går, fungerer efter samme princip som statisk elektricitet.

"Den er meget energieffektiv og meget velegnet til disse lavenergi- og laveffektapplikationer," sagde Yin og tilføjede, at skjortens design er unikt med hensyn til dens funktionalitet.

Idéen til skjorten var inspireret af mikronet, der har evnen til at køre uafhængigt af det elektriske net.

Bærbar og bærbar elektronik, såsom smartwatches, er vokset i popularitet. Kombineret med den næsten universelle anvendelse af personlige computere, iPhones og andre enheder, er der en fælles indsats for at finde alternative energikilder til at køre dem alle sammen.

Selvdrevet teknologi forestiller sig enheder, der kan fungere på egen hånd uden at være afhængige af en ekstern energiforsyning. En sådan overgang ville reducere behovet for det utallige antal batterier, der i øjeblikket driver vores gadgets, for ikke at nævne den indvirkning en sådan tilpasning ville have på potentielt at reducere energibehovet på et stadig mere belastet elektrisk system.

"Jeg tror primært, at (forskning og udvikling) stadig ligger i, hvordan man perfektionerer energihøstdelen," sagde Yin. "Det, vi demonstrerede, er energihøst op til et par hundrede mikrowatt. Vi ønsker, at det skal øges, måske tidoblet, og vi når dertil."

Nøglen vil være at skalere teknologien op. UC San Diego-trøjen er endnu ikke kraftig nok til at køre f.eks. en mobiltelefon.

Men Yin ser skjorten som en måde at give "smart sensing" til at overvåge ting såsom bærerens puls og iltniveauer. "Vi arbejder også på bærbar blodtryksovervågning," sagde han.

Private virksomheder i sektoren for aktivt beklædning har udtrykt interesse for UC San Diego-forskningen. Yin ser en anden praktisk anvendelse for skjorten – genererer luminescens til joggere, der løber om natten.

"Vi er meget optimistiske med hensyn til hele trenden med bærbar elektronik, især integrationen af ​​disse energilagringsenheder med energihøstere," sagde Yin. "Vi ser en køreplan for fremtidig udvikling."

I relateret forskning har UC San Diego-ingeniører udviklet en tynd, fleksibel strimmel, der kan vikles rundt om fingerspidsen som et plaster. Den bærbare enhed kan generere små mængder elektricitet, når en persons finger sveder, eller når der trykkes på fingeren.

Udråbt som den første af sin slags, er enheden omkring 1 centimeter kvadratisk eller mindre end en halv tomme. En polstring af kulstofskumelektroder absorberer sved og omdanner det til elektrisk energi.

Du ville ikke tro, at din finger sveder ret meget, men "det, vi fandt ud af, er, at på fingerspidsen er svedhastigheden meget højere sammenlignet med andre dele af kroppen," sagde Yin. "Det er derfor, vi har så mange riller på fingeren, fordi den indeholder hundredvis af svedkirtler langs hver rille."

Elektroder udstyret med enzymer udløser kemiske reaktioner mellem laktat- og oxygenmolekyler i sved for at generere elektricitet. Når brugeren sveder på strimlen, bliver elektrisk energi lagret i en lille kondensator og kan aflades til enheder, når det er nødvendigt.

"Niveauet af strøm, vi genererer, er i bedste tilfælde, måske hundredvis af mikrowatt pr. finger," sagde Yin. "Den er stadig et stykke væk fra strømforsyningen til en mobiltelefon."

UC San Diego-forskerne fik en forsøgsperson til at bære enheden på den ene fingerspids, mens de udførte stillesiddende aktiviteter. Efter 10 timers søvn indsamlede enheden næsten 400 millijoule energi - nok til at drive et elektronisk armbåndsur i 24 timer. En times skrivning og klik på en mus fik enheden til at indsamle næsten 30 millijoule.

Selvom fingerspidsenheden og den "elektriske T-shirt" repræsenterer to forskellige undersøgelser, tænker UC San Diego nanoingeniører på deres forskning i wearables som en integreret indsats.

"Vi er bestemt på vej mod den næste generation af elektronik," sagde Yin. "Vi forestiller os, at det skal være mere fleksibelt, mere tilpasset til den menneskelige krop, at være mere holdbart og i sidste ende selvbærende. Det er det endelige mål, vi ønsker at nå."