Cơ thể của bạn là một cục pin lớn và các nhà khoa học muốn cung cấp năng lượng cho các thiết bị bằng nó

Battery_300

Trong nhiều năm, các thiết bị điện tử của chúng ta ngày càng nhỏ hơn và nhanh hơn, nhưng xu hướng này không thể tiếp tục cho đến khi chúng ta giải quyết được một trở ngại lớn: pin.

Dina El-Damak, giáo sư kỹ thuật điện tại Đại học Nam California, cho biết pin là nút thắt cổ chai của bất kỳ hệ thống điện tử nào. Một thiết bị chỉ tốt bằng nguồn điện của nó, và việc tìm kiếm nhiều năng lượng hơn và tính toán nhanh hơn đã dẫn đến những tình huống nguy hiểm như vụ nổ Samsung Galaxy 7. Một giải pháp là tạo ra các thiết bị tự cung cấp năng lượng tạo ra điện từ các nguồn như chuyển động và thân nhiệt mà không cần pin bên trong.

TẠI SAO THIẾT BỊ TỰ NGUỒN?

Đối với hầu hết chúng ta, các thiết bị tự cung cấp năng lượng có nghĩa là không bao giờ sạc điện thoại hoặc Fitbit của chúng ta. Nhưng ứng dụng quan trọng mà hầu hết các nhà nghiên cứu để mắt đến là sức khỏe, đặc biệt là các thiết bị y tế cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim. El-Damak nói: “Nếu thiết bị sử dụng pin thì việc thay thế pin cần phải phẫu thuật, vì vậy việc cung cấp hoạt động cho thiết bị y tế là một lợi thế rất lớn và thực sự có thể ảnh hưởng đến tính mạng của con người”.

Điều này cũng có thể giúp ích cho việc cấy ghép não, giống như loại mà công ty Neuralink của Elon Musk hy vọng sẽ tạo ra. Hiện tại, hầu hết các bộ phận cấy ghép não có tuổi thọ dưới 5 năm, và bộ cấy ghép có tuổi thọ cao cần phải có pin lâu dài.

THU HOẠCH SỨC MẠNH TỪ NHIỆT CƠ THỂ

Có nhiều cách để thiết bị tự cấp nguồn có thể hoạt động. Một là năng lượng áp điện, được tạo ra khi bạn tạo áp lực lên một số vật liệu nhất định. Một phương pháp khác, phổ biến hơn trong trí tưởng tượng của công chúng, là thu hoạch chuyển động. Nhưng mặc dù chuyển động có vẻ hiển nhiên, nhưng không thực tế nếu có một thiết bị chỉ hoạt động khi bạn đang chuyển động. Vì vậy, đối với nhiều nhà nghiên cứu, nguồn năng lượng tốt nhất là nhiệt cơ thể, hay còn gọi là nhiệt điện.

Nhiệt điện hoạt động bởi vì cơ thể chúng ta hầu như luôn có nhiệt độ khác với không khí bên ngoài. Daryoosh Vashaee, một kỹ sư điện tại Đại học Bang North Carolina, cho biết máy phát nhiệt điện nhận biết sự chênh lệch nhiệt độ và sau đó sử dụng điều đó để tạo ra năng lượng. Năm ngoái, nhóm của ông đã chế tạo một thiết bị nhỏ bé làm được điều đó. Đó là một mấu kim loại có thể được cài vào áo sơ mi hoặc đeo trên băng tay. (Họ đã công bố kết quả trong một bài báo trên tạp chí Năng lượng Ứng dụng.)

Máy phát điện của anh ấy chỉ tạo ra năng lượng trong microwatts, điều này sẽ không bao giờ cung cấp năng lượng cho điện thoại và quá ít đối với hầu hết mọi thiết bị. Dĩ nhiên, có thể tạo ra những chiếc máy gặt hiệu quả thu được nhiều năng lượng, nhưng sau đó chúng sẽ trở thành những thứ to lớn, rườm rà mà không ai muốn mặc, Vashaee cho biết thêm.

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THẤP

Vì vậy, có những kỹ sư ở phía bên kia của phương trình đang cố gắng tạo ra các thiết bị điện tử chạy bằng rất ít năng lượng. El-Damak cho biết một trong những vấn đề lớn là pin bị “rò rỉ”. Nếu bạn đặt pin trên giá và không sử dụng, pin sẽ tự mất đi một phần năng lượng được lưu trữ, vì vậy đã có rất nhiều nghiên cứu về cách tránh điều này.

Đại học Bang North Carolina tổ chức một hiệp hội nghiên cứu – & nbsp; Trung tâm Công nghệ và Cảm biến Tích hợp Tự cấp nguồn Nâng cao & nbsp; (ASSIST) – chuyên sản xuất các thiết bị điện tử không tốn pin, tiêu thụ điện năng thấp để chăm sóc sức khỏe. Nhóm nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia và đã tạo mẫu thử nghiệm để theo dõi sức khỏe , Giám đốc ASSIST Veena Misra cho biết. Thiết bị cung cấp nhiệt cho cơ thể này bao gồm một dây đeo cổ tay lớn màu cam và một miếng dán trên ngực. Vòng đeo tay có thể theo dõi các chỉ số như độ ẩm, nhiệt độ và thậm chí cả các hợp chất hữu cơ trong không khí. Miếng dán theo dõi nhịp tim, chuyển động và nhịp thở.

THU HOẠCH ĐIỆN NĂNG THÔNG QUA HÌNH ẢNH

Điện cũng có thể được tạo ra thông qua ma sát: hãy nghĩ về hiện tượng tĩnh điện xảy ra khi bạn cọ xát hai mảnh vải với nhau. Đây được gọi là hiệu ứng ba điện. Một nhóm các nhà khoa học đã sử dụng cả chuyển động và hiệu ứng ba điện để tạo ra thiết bị đeo co giãn, tự cấp nguồn . Chỉ cần chạm tay, nó có thể tạo ra một lượng điện vài watt trên một mét vuông, đủ để bật tạm thời một số đèn nhỏ.

Hiệu ứng ba điện là phổ biến, có nghĩa là bất kỳ vật liệu nào cũng có thể tạo ra hiệu ứng này về mặt kỹ thuật, nhưng một số polyme nhất định có thể làm điều đó tốt nhất. Wang nói: “Sự lựa chọn vật liệu là rất lớn, chẳng hạn như giấy, lụa, sợi, gỗ, bề mặt kim loại, vật liệu hữu cơ. Do đó, có nhiều lựa chọn hơn so với các phương pháp khác, anh ấy nói thêm và nó có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn là sử dụng nhiệt cơ thể.

Tính linh hoạt là một trong những cải tiến quan trọng ở đây. Đồng tác giả nghiên cứu Zhong Lin Wang cho biết: “Khi bạn có tính linh hoạt trong vật liệu, bạn có thể mô phỏng da người cho giao diện máy móc, người đứng đầu nhóm nghiên cứu khoa học nano tại Viện Công nghệ Georgia. Thiết bị đeo co giãn của anh ấy có thể được sử dụng trong cảm biến cơ thể, nhưng cũng có thể dùng bất cứ thứ gì liên quan đến vải. Hãy tưởng tượng có một hệ thống an ninh sử dụng các cảm biến được gắn trong thảm hoặc rèm cửa, anh ấy nói.

A transparent electronic skin for tactile sensing.

HOW LONG UNTIL THESE ARE AVAILABLE?

Cả Wang và Misra tại ASSIST đều làm việc với các đối tác trong ngành để cố gắng đưa công nghệ ra thị trường. Wang nói rằng anh ấy nghĩ rằng sẽ phải mất ba năm trước khi thiết bị của anh ấy có thể được tung ra thị trường.

Cho đến lúc đó, đã có Đồng hồ ma trận , sử dụng nhiệt cơ thể và bắt đầu giao hàng vào tháng 9. Tôi đã gặp những người sáng lập Akram Boukai và Douglas Tham trong một buổi giới thiệu vào cuối năm ngoái. Chiếc đồng hồ màu đen, mặt tròn lớn, nhưng không quá cục mịch và khá đẹp trai. Bản demo trực tiếp rất ấn tượng và Boukai thậm chí còn sử dụng đá từ tủ đông của chúng tôi để bật đồng hồ. (Bởi vì đồng hồ sử dụng nhiệt cơ thể và tận dụng sự khác biệt về nhiệt độ, nó phản ứng với đá lạnh.) Tuy nhiên, khi tôi vận chuyển một mẫu thử nghiệm trước đó để demo, đồng hồ thông minh bị trục trặc và không hoạt động.

Vì vậy, chúng ta sẽ phải gắn bó với bộ sạc của mình trong một thời gian, nhưng giữa da co giãn và thiết bị đeo tay giám sát sinh học, các thiết bị tự cung cấp năng lượng có thể không còn xa như chúng ta nghĩ.

TẠI SAO THIẾT BỊ TỰ NGUỒN?

Đối với hầu hết chúng ta, thiết bị tự cung cấp năng lượng có nghĩa là không bao giờ sạc điện thoại hoặc Fitbit của chúng tôi. Nhưng ứng dụng quan trọng mà hầu hết các nhà nghiên cứu để mắt đến là sức khỏe, đặc biệt là các thiết bị y tế cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim. El-Damak nói: “Nếu thiết bị sử dụng pin thì việc thay thế pin cần phải phẫu thuật, vì vậy việc cung cấp các hoạt động cho thiết bị y tế là một lợi thế rất lớn và thực sự có thể ảnh hưởng đến tính mạng của con người”, El-Damak nói.

Điều này cũng có thể hữu ích với việc cấy ghép não, giống như loại & nbsp; Công ty Neuralink của Elon Musk hy vọng sẽ tạo ra . Hiện tại, hầu hết các bộ phận cấy ghép não có tuổi thọ dưới 5 năm và bộ cấy ghép có tuổi thọ cao cần phải có pin lâu dài.

THU HOẠCH SỨC MẠNH TỪ NHIỆT CƠ THỂ

Có nhiều cách để thiết bị tự cấp nguồn có thể hoạt động. Một là năng lượng áp điện, được tạo ra khi bạn tạo áp lực lên một số vật liệu nhất định. Một phương pháp khác, phổ biến hơn trong trí tưởng tượng của công chúng, là thu hoạch chuyển động. Nhưng mặc dù chuyển động có vẻ hiển nhiên, nhưng không thực tế nếu có một thiết bị chỉ hoạt động khi bạn đang chuyển động. Vì vậy, đối với nhiều nhà nghiên cứu, nguồn năng lượng tốt nhất là thân nhiệt hay còn gọi là nhiệt điện.

Vashaee nói: Ưu điểm rõ ràng của nhiệt cơ thể là bạn không cần & nbsp; làm & nbsp; bất cứ thứ gì để tạo ra năng lượng. Nhưng thách thức là bạn chỉ có thể thu hoạch rất ít năng lượng cùng một lúc. Ông nói: “Các thiết bị này về cơ bản chỉ dựa vào chênh lệch nhiệt độ vài độ, đôi khi chỉ là một độ hoặc thấp hơn, vì vậy các thiết bị phải thực sự hiệu quả khi được thiết kế để sử dụng một lượng nhiệt nhỏ để tạo ra năng lượng hữu ích.”

Máy phát điện của anh ấy chỉ tạo ra năng lượng trong microwatts, sẽ không bao giờ cung cấp năng lượng cho điện thoại và quá ít đối với hầu hết mọi thiết bị. Dĩ nhiên, có thể tạo ra những chiếc máy gặt hoạt động hiệu quả, thu được nhiều năng lượng, nhưng sau đó chúng sẽ trở thành những thứ to lớn, rườm rà mà không ai muốn mặc, Vashaee cho biết thêm.

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THẤP

Vì vậy, có những kỹ sư ở phía bên kia của phương trình đang cố gắng tạo ra các thiết bị điện tử chạy bằng rất ít năng lượng. El-Damak cho biết một trong những vấn đề lớn là pin bị “rò rỉ”. Nếu bạn đặt pin trên giá và không sử dụng, pin sẽ tự mất đi một phần năng lượng được lưu trữ, vì vậy đã có rất nhiều nghiên cứu về cách tránh điều này.

Đại học Bang North Carolina tổ chức một hiệp hội nghiên cứu – Trung tâm Công nghệ và Cảm biến Tích hợp Tự cấp nguồn Nâng cao (ASSIST) – chuyên sản xuất các thiết bị điện tử không tốn pin, tiêu thụ điện năng thấp để chăm sóc sức khỏe. Nhóm nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia và đã tạo mẫu thử nghiệm để theo dõi sức khỏe , Giám đốc ASSIST Veena Misra cho biết. Thiết bị cung cấp nhiệt cho cơ thể này bao gồm một dây đeo cổ tay lớn màu cam và một miếng dán trên ngực. Vòng đeo tay có thể theo dõi các chỉ số như độ ẩm, nhiệt độ và thậm chí cả các hợp chất hữu cơ trong không khí. Miếng dán theo dõi nhịp tim, chuyển động và nhịp thở.

THU HOẠCH ĐIỆN THÔNG QUA HÌNH ẢNH

Điện cũng có thể được tạo ra thông qua ma sát: hãy nghĩ về hiện tượng tĩnh điện xảy ra khi bạn cọ xát hai mảnh vải với nhau. Đây được gọi là hiệu ứng ba điện. Một nhóm các nhà khoa học đã sử dụng cả chuyển động và hiệu ứng ba điện để tạo ra & nbsp; thiết bị đeo co giãn, tự cấp nguồn . Chỉ cần chạm tay, nó có thể tạo ra một lượng điện vài watt trên một mét vuông, đủ để bật tạm thời một số đèn nhỏ.

Hiệu ứng ba điện là phổ biến, có nghĩa là bất kỳ vật liệu nào cũng có thể tạo ra hiệu ứng này về mặt kỹ thuật, nhưng một số polyme nhất định có thể làm điều đó tốt nhất. Wang nói: “Sự lựa chọn vật liệu là rất lớn, chẳng hạn như giấy, lụa, sợi, gỗ, bề mặt kim loại, vật liệu hữu cơ. Do đó, có nhiều lựa chọn hơn so với các phương pháp khác, anh ấy nói thêm và nó có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn là sử dụng nhiệt cơ thể.

Tính linh hoạt là một trong những cải tiến quan trọng ở đây. Đồng tác giả nghiên cứu Zhong Lin Wang , người đứng đầu nhóm nghiên cứu khoa học nano tại Viện Công nghệ Georgia. Thiết bị đeo co giãn của anh ấy có thể được sử dụng trong cảm biến cơ thể, nhưng cũng có thể dùng bất cứ thứ gì liên quan đến vải. Hãy tưởng tượng có một hệ thống an ninh sử dụng các cảm biến được gắn trong thảm hoặc rèm cửa, anh ấy nói.

A transparent electronic skin for tactile sensing.

BAO LÂU NỮA LÀ CÓ SN?

Cả Wang và Misra tại ASSIST đều làm việc với các đối tác trong ngành để cố gắng đưa công nghệ ra thị trường. Wang nói rằng anh ấy nghĩ rằng sẽ phải mất ba năm để thiết bị của anh ấy được tung ra thị trường.

Cho đến lúc đó, Matrix Watch, sử dụng nhiệt cơ thể và bắt đầu giao hàng vào tháng 9. Tôi đã gặp những người sáng lập Akram Boukai và Douglas Tham trong một buổi giới thiệu vào cuối năm ngoái. Chiếc đồng hồ màu đen, mặt tròn lớn, nhưng không quá cục mịch và khá đẹp trai.

Vì vậy, chúng ta sẽ phải gắn bó với bộ sạc của mình trong một thời gian, nhưng giữa da co giãn và thiết bị đeo tay giám sát sinh học, các thiết bị tự cung cấp năng lượng có thể không còn xa như chúng ta nghĩ.

Recommended Posts

No comment yet, add your voice below!


Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *