Ваше тіло, акумулятор Живлення пристосувань від людського «біопалива»; Ars Technica
коментарі читачів
Поділіться цією історією
Технології завжди були тісно пов’язані з людським тілом. Від загостреного кременю до смартфонів, ми несемо свої винаходи тисячоліттями, але стосунки ось-ось стануть ще ближчими. Наступне покоління електронних пристроїв може бути не просто поруч з нашими тілами, вони можуть живитись від них.
Залишатися в живих пожирає енергію. Для того, щоб утримувати нас на тиканні, наші тіла повинні спалювати від 2000 до 2500 калорій на день, що досить зручно для живлення скромно використовуваного смартфона. Отже, якби лише частина цієї енергії могла бути витягнута, наші тіла теоретично могли б використовуватися для роботи будь-якої кількості електронних пристроїв, від медичних імплантатів до електронних контактних лінз - і все це без акумулятора в полі зору. Нещодавно дослідники зробили важливі кроки до розблокування цього електричного потенціалу.
Невикористаний потенціал
Для початку енергія в нашому тілі існує у різних формах. Більшість з них потребують певних маніпуляцій, перш ніж їх можна використовувати для живлення електронного пристрою. Але не всі це роблять.
Наприклад, вуха ссавців містять крихітну електричну напругу, яка називається ендокохлеарним потенціалом (ЕП). Виявлений всередині улитки, спіралеподібної порожнини у внутрішньому вусі, ЕП допомагає слуху, перетворюючи хвилі тиску в електричні імпульси. Він зникає слабко - приблизно десята частина вольта, - але все ще досить сильний, теоретично, для живлення слухових апаратів та інших слухових імплантатів.
Збір ВР довгий час вважався немислимим через надзвичайну чутливість внутрішнього вуха. Але, використовуючи поєднання хірургічної майстерності та технологічних інновацій, дослідникам у Массачусетсі вдалося зробити це саме у 2012 році.
Команда розробила “чіп для збирання енергії”, розміром приблизно з ніготь, який був розроблений для вилучення електричної енергії безпосередньо з ЕП. Вони протестували чіп на морській свинці, імплантуючи його у внутрішнє вухо тварини, де воно виробляло достатньо електроенергії для живлення радіопередавача. Щохвилинна електрична потужність, яку виробляє мікросхема - близько нановатти (мільярдна вата), - все ще приблизно в мільйон разів занадто низька для живлення електронного імплантату. Але це нановат більше, ніж було створено раніше, що робить це важливим доказом концепції. Якщо вихідну потужність майбутніх прототипів вдасться підвищити, колись природне напруження внутрішнього вуха може бути використано для живлення слухових апаратів; це може навіть дозволити розробку імплантатів для лікування захворювань, які там походять, таких як хвороба Меньєра.
Однак за межами равлики в нашому тілі (можливо, на щастя) рідко протікає електрика. Більшість біологічних енергій замикаються в інших формах. І один із способів випустити його - переробка.
Ноги і спека
Ми створені для руху. Окрім живлення основних функцій у наших клітинах, основна частина наших енергетичних витрат спрямовується на рух м’язів; серцебиття, дихання та отримання місця. (Я впевнений, що ви погодитесь, це життєво важливі речі.) Кожному, хто використовував велосипедний генератор або факел, ідея перетворити цю кінетичну енергію в електроенергію не буде новою, але все стало трохи трохи більш складні.
В останні кілька років дослідники почали використовувати унікальну властивість деяких матеріалів, відомих як п'єзоелектричність, виробляти електроенергію в результаті руху людей. П’єзоелектричні матеріали спонтанно генерують електричний заряд під впливом напруги (грецьке слово piezo означає стискання або натискання). Ці матеріали вже використовуються в незліченних галузях промисловості, і навіть скромна прикурювачка (цей клацання, яке ви чуєте в електронному вигляді, - це звук п’єзоелектричного кристала). Але їх наступне використання може бути в енергетичних тканинах.
Один з найбільш прогресивних з них був розроблений в 2013 році китайсько-американською дослідницькою групою, яка винайшла п’єзоелектричну тканину на основі еластомеру, здатну виробляти електроенергію, використовуючи лише кінетичну енергію руху людей. Коли шматок цієї тканини носив волонтер як устілку для взуття, ходьба виробляла достатньо електроенергії, щоб засвітити 30 світлодіодів. Більше того, коли ту саму тканину наносили на сорочку, яку потім штучно переміщували, вона за лічені години заряджала літій-іонну батарею.
Потенціал п'єзоелектричних матеріалів стає ще глибшим. Вони також використовуються для отримання енергії з внутрішніх органів. Минулого року американські дослідники успішно виробляли електроенергію з серця, легенів та діафрагми (заспокоєних) корів та овець, прикріпивши до органів надтонкий п'єзоелектричний матеріал. Вражаюче, що імплантована тканина генерувала близько мікроватти потужності (одну мільйонну вату) - приблизно тієї кількості, яка потрібна для роботи серцевого кардіостимулятора.
Якщо всі ці прогулянки здаються занадто великими зусиллями, і вам не подобається їхнє уявлення про те, що люди обмотують ваше серце тканиною, ніколи не бійтеся - ви також сповнені гарячого повітря. Розробляються розумні тканини, які містять «термоелектричні» матеріали для генерування електричного заряду від різниці тепла. Цього року дослідники з Австралії та Китаю синтезували першу в історії тканину, здатну перетворювати теплову енергію на електрику. Він ще не був інтегрований в одяг, але під час випробування в нагрітому приміщенні матеріал генерував електричний струм при нагріванні до температур, подібних до тіла. Він виробляв лише нановатту - частку того, на що здатні п’єзоелектричні тканини, - але, як і мікросхема комбайна EP, це перший у світі. Термоелектричні тканини - це, безумовно, простір для спостереження.
Переробка енергії з нашого тіла може забезпечити раніше невикористане джерело енергії для електронних пристроїв. Але під нашою шкірою є ще більш рясне джерело енергії, яке виявляє стільки ж, якщо не більше, потенціалу. Це хімічне паливо, яке спалює наше тіло.
Кров
Щоб нормально функціонувати, наші клітини потребують постійного надходження хімічної енергії. Відповідно, наша внутрішність заповнена цим. Якщо нещодавні дослідження мають на меті пройти, цей внутрішній запас палива найближчим часом може забезпечити не лише ваш метаболізм.