Захранването на носимите устройства: нерешеният пъзел
Разработчиците се стремят към тотално елиминиране на батериите
Захранването на носимата електроника ще разчита не на акумулатори, а на вградени генератори (снимка: CC0 Public Domain)
Когато стане дума за носими устройства, множеството от нас си показват смарт-часовник. Но какво ще кажете за GPS яките за следене на дивите вълци? Това също са носими устройства. А тяхното енергийно зареждане би трябвало да е доста продължително и да не изисква човешка интервенция. Захранването на носимите устройства остава едно от най-големите провокации за актуалния софтуерен свят.
Носимите устройства, като съвсем всяка друга част от техниката, се нуждаят от сила. Предвид скромните енергийни запаси на носимите устройства е хубаво, че силата може да се добива съвсем на всички места. Тя е в слънчевите лъчи и радиовълните, потта на кожата и телесната топлота, придвижването и стъпките. И през днешния ден технологията е узряла дотам, че могат да бъдат събрани обилни количества от тези енергийни потоци, с цел да може носимите устройства въобще да нямат потребност от батерия.
още по темата
„ Енергията е нещо, което одобряваме за даденост. Просто включваме нещата в контакта и те работят, като че ли силата е нещо повсеместна като въздуха. Но в действителност с цел да употребяваме тази сила, тя първо би трябвало да бъде генерирана някъде “, споделя Алпер Бозкурт, който дружно с Вийна Мисра управлява Центъра за усъвършенствани системи за независимо зареждане от интегрирани датчици и технологии (ASSIST) в Държавния университет на Северна Каролина.
Най-известната технология за екологично събиране на сила през днешния ден е, несъмнено, фотоволтаиката. Тя изтегля електрони от слънчева или околна светлина. Но слънчевата сила е единствено част от пъзела. Има необятна гама от благоприятни условия за събиране на задоволително микровати, тъй че да можем да сменяем батериите за носими устройства. Сред тях са пиезоелектрични и трибоелектрични генератори, които употребяват механичното напрежение и електростатичните свойства на материалите за генериране на електричество. Междувременно, добре познатият феномен на електромагнитната индукция също може да е от изгода.
Въпреки че носимите устройства нормално не изискват доста сила, те би трябвало да са лесни за носене. Раница с великански безоблачен панел може да работи механически, само че не и в реалност. Лекият датчик за човешкото здраве е отлично нещо, само че не би бил от изгода за биолозите, които се пробват да окачат тракер на врата на бизон до края на живота му.
Разнообразието от потребности – и енергийни източници – е явно във вълната от скорошни проучвания за събиране на сила, в това число някои хибридни планове.
Да разбиеш потта
Вей Гао от Калифорнийския софтуерен институт е създал самозахранваща се „ електронна кожа “. Е-кожата, споделя той, е вградено в датчик устройство, приложено непосредствено върху кожата, което чете и предава здравни знаци като сърдечен темп, телесна температура, кръвна захар и метаболитни странични артикули.
„ Персонализираното опазване на здравето може да революционизира обичайна здравна процедура “, споделя Гао. „ Но с цел да включим доста разнообразни типове датчици, имаме потребност от разнообразни дизайни на материали и принадлежности. Не на последно място измежду тези съображения е съхранението [и генерирането] на сила “.
Първата електронна кожа на Гао, основана през април 2020 година, е направена от мека, гъвкава гума и употребява потта на пациента, с цел да зарежда устройството. Използвайки вградени горивни кафези, устройството всмуква лактата в потта и го комбинира с атмосферния О2, с цел да генерира вода и пируват. Чрез този развой биогоривата генерират задоволително електричество за зареждане както на датчиците на електронната кожа, по този начин и на предаването на данни, непрестанно зареждайки кондензатор от 1,5 до 3,8 волта за към 60 часа.
Месеци по-късно Гао и неговият екип създават модел на електронна кожа, който употребява кинетичната сила от придвижването. Трибоелектричната система освобождава ток от относителното придвижване на материали с разнообразни електростатични свойства. Тази електронна кожа от второ потомство включва тънки листове от тефлон, мед и полиимид, които се приплъзват, до момента в който индивидът се движи, генерирайки оптималната мощ от 0,94 миливата.
По-нататък екипът на Гао употребява 3D принтиране, за основаването на главните съставни елементи. Е-кожата употребява към този момент употребява набор от датчици, покрити с хидрогел електроди и други, дружно със суперкондензатор с микроразмер, който в този случай се зарежда от слънчева клетка.
Смарт-часовник за бизон
Много планове за носими технологии се концентрират върху здравето или други човешки потребности. Но биолозите се интересуват ит събирането на сила за следене на диви животни. За тези цели сегашната технология е незадоволителна. Батериите се изчерпват доста преди края на живота на животните. Слънчевата сила не е сполучлив вид – неприложима е за нощните животни или тези, обитаващи в среда с ниска осветеност. А дребното трибоелектрично устройство, което събира сила от вечерния джогинг на бегача, не може да издържи на провокациите на бягането на големия див бизон, който може да тежи до един звук и се бие гневно с други бизони по време на размножителния интервал.
Ситуацията е въодушевила екипи от откриватели от Университета на Копенхаген, Техническия университет на Дания и Института „ Макс Планк “ в Германия да основат по-добър носим генератор за задачите на биолозите: за следене на диви животни, в идеалния случай, през целия им живот. Понастоящем тази цел е недостижима с потреблението на устройства, захранвани от акумулатори и слънчева сила.
Учените са основали GPS тракер, който в дивата природа може да се презарежда просто от самото придвижване. Екипът тествал своите устройства с три скотски типа: четири домашни кучета, ексмурско пони и европейски бизон.
Технологията е въодушевена от самонавиващите се часовници, които съществуват от края на 18 век и трансформират придвижването на китката в сила. Изследователите закупили търговски микрогенератор, предопределен за носими и IoT устройства, и го комбинирали с литиево-йонен кондензатор и персонализиран GPS-активиран тракер, който предава данни посредством безжична мрежа с ниска мощ от вида Sigfox.
Първият нашийник, който учените слагат на бизона, бива погубен мигновено. „ Това са 900-килограмови животни, които се блъскат в дърветата. Това не е вид приложимост, който можем да срещнем при носимите устройства за хора, “ споделя Троелс Грегерсен, гост-учен в Института „ Макс Планк “.
Вземайки поука от първата версия, екипът в последна сметка основава персонализиран тракер като яка. Учените съчетават мирогенератор от автоматизиран часовник, основан на махало, с феромагнитен пръстен, поставяйки комбинацията към намотка от медна жица. Докато махалото се люлее напред-назад при придвижването на животното, пръстенът основава изменчив ток в намотката – а верига за удвояване на напрежението го трансформира в непрекъснат ток.
„ Има огромна стойност в това да можеш да поставиш тракер един път, когато животното се роди, или да би трябвало да го упоиш единствено един път “, споделя Грегерсен. Джаджата е съединена от подготвени, общоприети елементи, закупени от магазина. Проектът й е оповестен под свободен лиценз. И до момента в който обичайният тракер за диви животни коства от 3500 до 4000 евро, този коства общо 270 евро.
Все по-нови технологии
Гледайки към бъдещето, някои откриватели се концентрират върху комбинирането на неповторими материали и основаването на системи за събиране на сила от по-устойчиви материали. Екип, включващ откриватели от японския университет Тохоку, неотдавна създаде устойчив, ефикасен енергиен генератор, който съчетава пиезоелектрични композити с полимер, заздравен с въглеродни нишки (CFRP).
Прототипното устройство е направено от този CFRP, наночастици от натриев калиев ниобат (KNN) и епоксидна смола. Според екипа, устройството към момента може да съхранява електричеството, което генерира, даже след 100 хиляди потребления (каквото и да значи това).
Технологията е използвана за носими устройства или IoT джаджи, в това число инфраструктурни системи за подсилване на мостове и автомагистрали, които усещат, когато се появи цепнатина, дупка или друга щета.
Накъде вървят разработките
Каквито и да са технологиите, всяка крачка напред е скъпа. Сладкото място, споделя Бозкурт от центъра ASSIST, ще бъде в разбора на данни и съпоставянето на опциите за събиране на сила за събиране и предаване на данните, от които потребителите в действителност се нуждаят.
„ Ако измеря сърдечния ви темп в пикосекунди, това би било загуба, тъй като сърцето ви не бие толкоз бързо “, споделя той. „ Но за един план ние попитахме лекарите: „ Колко данни ви трябват? “ Те дадоха отговор „ Не знаем. Преглеждаме своите пациенти всеки месец, тъй че в случай че получим повече от един месечен доклад, това ще бъде напредък. “
Захранването на носимата електроника ще разчита не на акумулатори, а на вградени генератори (снимка: CC0 Public Domain)
Когато стане дума за носими устройства, множеството от нас си показват смарт-часовник. Но какво ще кажете за GPS яките за следене на дивите вълци? Това също са носими устройства. А тяхното енергийно зареждане би трябвало да е доста продължително и да не изисква човешка интервенция. Захранването на носимите устройства остава едно от най-големите провокации за актуалния софтуерен свят.
Носимите устройства, като съвсем всяка друга част от техниката, се нуждаят от сила. Предвид скромните енергийни запаси на носимите устройства е хубаво, че силата може да се добива съвсем на всички места. Тя е в слънчевите лъчи и радиовълните, потта на кожата и телесната топлота, придвижването и стъпките. И през днешния ден технологията е узряла дотам, че могат да бъдат събрани обилни количества от тези енергийни потоци, с цел да може носимите устройства въобще да нямат потребност от батерия.
още по темата
„ Енергията е нещо, което одобряваме за даденост. Просто включваме нещата в контакта и те работят, като че ли силата е нещо повсеместна като въздуха. Но в действителност с цел да употребяваме тази сила, тя първо би трябвало да бъде генерирана някъде “, споделя Алпер Бозкурт, който дружно с Вийна Мисра управлява Центъра за усъвършенствани системи за независимо зареждане от интегрирани датчици и технологии (ASSIST) в Държавния университет на Северна Каролина.
Най-известната технология за екологично събиране на сила през днешния ден е, несъмнено, фотоволтаиката. Тя изтегля електрони от слънчева или околна светлина. Но слънчевата сила е единствено част от пъзела. Има необятна гама от благоприятни условия за събиране на задоволително микровати, тъй че да можем да сменяем батериите за носими устройства. Сред тях са пиезоелектрични и трибоелектрични генератори, които употребяват механичното напрежение и електростатичните свойства на материалите за генериране на електричество. Междувременно, добре познатият феномен на електромагнитната индукция също може да е от изгода.
Въпреки че носимите устройства нормално не изискват доста сила, те би трябвало да са лесни за носене. Раница с великански безоблачен панел може да работи механически, само че не и в реалност. Лекият датчик за човешкото здраве е отлично нещо, само че не би бил от изгода за биолозите, които се пробват да окачат тракер на врата на бизон до края на живота му.
Разнообразието от потребности – и енергийни източници – е явно във вълната от скорошни проучвания за събиране на сила, в това число някои хибридни планове.
Да разбиеш потта
Вей Гао от Калифорнийския софтуерен институт е създал самозахранваща се „ електронна кожа “. Е-кожата, споделя той, е вградено в датчик устройство, приложено непосредствено върху кожата, което чете и предава здравни знаци като сърдечен темп, телесна температура, кръвна захар и метаболитни странични артикули.
„ Персонализираното опазване на здравето може да революционизира обичайна здравна процедура “, споделя Гао. „ Но с цел да включим доста разнообразни типове датчици, имаме потребност от разнообразни дизайни на материали и принадлежности. Не на последно място измежду тези съображения е съхранението [и генерирането] на сила “.
Първата електронна кожа на Гао, основана през април 2020 година, е направена от мека, гъвкава гума и употребява потта на пациента, с цел да зарежда устройството. Използвайки вградени горивни кафези, устройството всмуква лактата в потта и го комбинира с атмосферния О2, с цел да генерира вода и пируват. Чрез този развой биогоривата генерират задоволително електричество за зареждане както на датчиците на електронната кожа, по този начин и на предаването на данни, непрестанно зареждайки кондензатор от 1,5 до 3,8 волта за към 60 часа.
Месеци по-късно Гао и неговият екип създават модел на електронна кожа, който употребява кинетичната сила от придвижването. Трибоелектричната система освобождава ток от относителното придвижване на материали с разнообразни електростатични свойства. Тази електронна кожа от второ потомство включва тънки листове от тефлон, мед и полиимид, които се приплъзват, до момента в който индивидът се движи, генерирайки оптималната мощ от 0,94 миливата.
По-нататък екипът на Гао употребява 3D принтиране, за основаването на главните съставни елементи. Е-кожата употребява към този момент употребява набор от датчици, покрити с хидрогел електроди и други, дружно със суперкондензатор с микроразмер, който в този случай се зарежда от слънчева клетка.
Смарт-часовник за бизон
Много планове за носими технологии се концентрират върху здравето или други човешки потребности. Но биолозите се интересуват ит събирането на сила за следене на диви животни. За тези цели сегашната технология е незадоволителна. Батериите се изчерпват доста преди края на живота на животните. Слънчевата сила не е сполучлив вид – неприложима е за нощните животни или тези, обитаващи в среда с ниска осветеност. А дребното трибоелектрично устройство, което събира сила от вечерния джогинг на бегача, не може да издържи на провокациите на бягането на големия див бизон, който може да тежи до един звук и се бие гневно с други бизони по време на размножителния интервал.
Ситуацията е въодушевила екипи от откриватели от Университета на Копенхаген, Техническия университет на Дания и Института „ Макс Планк “ в Германия да основат по-добър носим генератор за задачите на биолозите: за следене на диви животни, в идеалния случай, през целия им живот. Понастоящем тази цел е недостижима с потреблението на устройства, захранвани от акумулатори и слънчева сила.
Учените са основали GPS тракер, който в дивата природа може да се презарежда просто от самото придвижване. Екипът тествал своите устройства с три скотски типа: четири домашни кучета, ексмурско пони и европейски бизон.
Технологията е въодушевена от самонавиващите се часовници, които съществуват от края на 18 век и трансформират придвижването на китката в сила. Изследователите закупили търговски микрогенератор, предопределен за носими и IoT устройства, и го комбинирали с литиево-йонен кондензатор и персонализиран GPS-активиран тракер, който предава данни посредством безжична мрежа с ниска мощ от вида Sigfox.
Първият нашийник, който учените слагат на бизона, бива погубен мигновено. „ Това са 900-килограмови животни, които се блъскат в дърветата. Това не е вид приложимост, който можем да срещнем при носимите устройства за хора, “ споделя Троелс Грегерсен, гост-учен в Института „ Макс Планк “.
Вземайки поука от първата версия, екипът в последна сметка основава персонализиран тракер като яка. Учените съчетават мирогенератор от автоматизиран часовник, основан на махало, с феромагнитен пръстен, поставяйки комбинацията към намотка от медна жица. Докато махалото се люлее напред-назад при придвижването на животното, пръстенът основава изменчив ток в намотката – а верига за удвояване на напрежението го трансформира в непрекъснат ток.
„ Има огромна стойност в това да можеш да поставиш тракер един път, когато животното се роди, или да би трябвало да го упоиш единствено един път “, споделя Грегерсен. Джаджата е съединена от подготвени, общоприети елементи, закупени от магазина. Проектът й е оповестен под свободен лиценз. И до момента в който обичайният тракер за диви животни коства от 3500 до 4000 евро, този коства общо 270 евро.
Все по-нови технологии
Гледайки към бъдещето, някои откриватели се концентрират върху комбинирането на неповторими материали и основаването на системи за събиране на сила от по-устойчиви материали. Екип, включващ откриватели от японския университет Тохоку, неотдавна създаде устойчив, ефикасен енергиен генератор, който съчетава пиезоелектрични композити с полимер, заздравен с въглеродни нишки (CFRP).
Прототипното устройство е направено от този CFRP, наночастици от натриев калиев ниобат (KNN) и епоксидна смола. Според екипа, устройството към момента може да съхранява електричеството, което генерира, даже след 100 хиляди потребления (каквото и да значи това).
Технологията е използвана за носими устройства или IoT джаджи, в това число инфраструктурни системи за подсилване на мостове и автомагистрали, които усещат, когато се появи цепнатина, дупка или друга щета.
Накъде вървят разработките
Каквито и да са технологиите, всяка крачка напред е скъпа. Сладкото място, споделя Бозкурт от центъра ASSIST, ще бъде в разбора на данни и съпоставянето на опциите за събиране на сила за събиране и предаване на данните, от които потребителите в действителност се нуждаят.
„ Ако измеря сърдечния ви темп в пикосекунди, това би било загуба, тъй като сърцето ви не бие толкоз бързо “, споделя той. „ Но за един план ние попитахме лекарите: „ Колко данни ви трябват? “ Те дадоха отговор „ Не знаем. Преглеждаме своите пациенти всеки месец, тъй че в случай че получим повече от един месечен доклад, това ще бъде напредък. “
Източник: technews.bg
КОМЕНТАРИ