Устройство, описанное в журнале Science Advances, достаточно эластично, чтобы вы могли носить его как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается вашей кожи. Оно подключается к естественному теплу человека, используя термоэлектрические генераторы для преобразования внутренней температуры тела в электричество.

«В будущем мы хотим иметь возможность питать носимую электронику без необходимости подключать батарею», — говорит Цзяньлян Сяо (Jianliang Xiao), старший автор новой статьи и доцент кафедры механики Пола М. Ради (Paul M. Rady) в Университете Колорадо.

Эта концепция может звучать как что-то из серии фильмов «Матрица», в которой раса роботов поработила людей, чтобы собрать их драгоценную органическую энергию. Сяо и его коллеги не настолько амбициозны: их устройства могут генерировать около 1 вольта энергии на каждый квадратный сантиметр пространства кожи — меньше напряжения на каждую область, чем большинство существующих батарей, но все же достаточно для питания электроники, такой как часы или фитнес-трекеры.

Ученые ранее экспериментировали с подобными термоэлектрическими носимыми устройствами, но Xiao’s эластичен, самовосстанавливается при повреждении и полностью перерабатывается, что делает его более чистой альтернативой традиционной электронике.

«Всякий раз, когда вы используете батарею, вы истощаете ее и, в конечном счете, должны будете заменить, — напоминает г-н Сяо. — А вот наше термоэлектрическое устройство обеспечивает вам постоянную мощность, пока вы его носите».

Высокотехнологичные аксессуары

Этот проект — не первая попытка Сяо соединить человека с роботом. Ранее он и его коллеги экспериментировали с созданием «электронной кожи», носимых устройств, которые выглядят и ведут себя очень похоже на настоящую человеческую кожу. Однако этот эпидермис андроида должен быть подключен к внешнему источнику питания, чтобы работать.

Но последняя разработка группы начинается с основы, изготовленной из эластичного материала под названием полиимин. Затем ученые вставляют ряд тонких термоэлектрических чипов в это основание, соединяя их все жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом и миниатюрной материнской платой компьютера или, возможно, технологичным бриллиантовым кольцом.

«Наша конструкция делает всю систему растягиваемой, не создавая большой нагрузки на термоэлектрический материал, который может быть действительно хрупким», — сообщил г-н Сяо.

Просто притворитесь, что вышли на пробежку. Когда вы тренируетесь, ваше тело нагревается, и это тепло будет излучаться в прохладный воздух вокруг вас. Устройство Сяо улавливает этот поток энергии, а не позволяет ему идти впустую.

«Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом, и они могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду», — пояснил он.

Блоки Lego

Исследователь добавил, что вы можете легко увеличить эту мощность, взяв больше блоков генераторов. В этом смысле он сравнивает свой дизайн с популярной детской игрушкой.

«Можно объединить эти меньшие единицы, чтобы получить большее, — сказал он. — Это все равно что собрать кучу маленьких кусочков лего, чтобы получилась большая конструкция. Это дает вам много возможностей для настройки.»

Сяо и его коллеги подсчитали, например, что человек, совершающий быструю прогулку, может использовать устройство размером с обычный спортивный браслет, чтобы генерировать около 5 вольт электричества — это больше, чем могут собрать многие часовые батареи.

Как и электронная кожа Сяо, новые устройства столь же эластичны, как и биологическая ткань. Например, если ваше устройство порвется, вы можете зажать вместе сломанные концы, и они снова запечатаются всего за несколько минут. А когда придет пора утилизировать устройство, следует окунуть его в специальный раствор, который отделит электронные компоненты и растворит полииминовую основу — каждый из этих ингредиентов может быть использован повторно.

«Мы стараемся сделать наши устройства как можно более дешевыми и надежными, а также иметь как можно более близкое к нулю воздействие на окружающую среду», — подчеркивает г-н Сяо.

Хотя в дизайне все еще есть сложности, он считает, что устройства его группы могут появиться на рынке через 5-10 лет. Только не говорите об этом роботам. Мы не хотим, чтобы у них появились какие-то идеи.

Соавторами новой статьи являются исследователи из китайского Харбинского технологического института, Юго-Восточного университета, Чжэцзянского университета, Университета Тунцзи и Хуачжунского университета науки и техники.

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210210142049.htm