HighTech Исследователи Университета штата Северная Каролина (NC State) разработали новую схему для сбора тепла, выделяемого человеческим телом. Собранное тепло преобразуется в электричество, которое затем используется для зарядки носимой электроники. Прототипы, находящиеся на данный момент на стадии экспериментальной проверки, отличаются небольшим весом и повторяют форму тела человека. Благодаря новой технологии система способна генерировать гораздо больше электроэнергии из вырабатываемого человеком тепла, чем все ранее созданные экспериментальные образцы.
Носимые термоэлектрические генераторы (TEG'и) получают электроэнергию за счет разницы температур человеческого тела и окружающего его воздуха.
"Предыдущие методы, которыми пользовались инженеры-исследователи, предусматривали применение радиаторов. Они были или тяжелыми, жесткими и громоздкими, или были способны вырабатывать мощность всего до одного микроватта на квадратный сантиметр (мкВт / см2)", - говорит Дариуш Вашаи (Daryoosh Vashaee), доцент Кафедры электротехники и вычислительной техники Университета штата Северная Каролина и автор данного научного исследования. - "В нашей технологии не используется радиатор, что делает ее легче и удобнее. Однако при этом генерируемая мощность достигает 20 мкВт / см2".
Новая система состоит из нескольких слоев. Первый слой выполнен из теплопроводного материала, который прилегает к коже и собирает тепло. Сверху этот материал покрыт полимерным изолирующим слоем. Он предотвращает рассеивание собранного тепла в окружающую среду. Тепло тела отводится в расположенный по центру термоэлектрический генератор (TEG), который занимает площадь в один квадратный сантиметр. Та часть тепла, которая осталась не преобразованной в электричество, проходит через TEG в наружный слой, состоящий также из теплопроводного материала. Здесь тепло быстро рассеивается. Вся эта многослойная система в сборе обладает отличной гибкостью. А ее толщина составляет всего 2 миллиметра.
"В данном прототипе генератор TEG занимает лишь один квадратный сантиметр. Но мы с легкостью можем сделать его больше. Размер генератора будет зависеть от того, сколько электроэнергии потребуется для того или иного устройства", - поясняет Дариуш Вашаи. Проект, над которым он работает, проводится в рамках деятельности Научно-исследовательского центра наносистемной техники (ASSIST), относящегося к университету NC State и функционирующего под эгидой Национального научного фонда США.
Исследователи также обнаружили, что для сбора тепла самым оптимальным местом является верхняя часть руки. Вообще, более высокая температура поверхности кожи бывает обычно вокруг запястья. Но это очень ограниченная область, где, к тому же, часто нарушается контакт между кожей и термоэлектрическим генератором TEG. В то же время носить накладные полосы на груди тоже не рационально, поскольку в этой зоне из-за одежды наблюдается ограниченный поток воздуха. Следовательно, рассеивание тепла здесь также будет ограничено.
Для проведения экспериментов полосы материала с TEG вшили в футболки. Исследователи обнаружили, что вшитый в футболку генератор мог вырабатывать 6 мкВт / см2, если человек находился в состоянии относительного покоя, или 16 мкВт / см2, если он активно двигался.
"Футболки с TEG, безусловно, имеют право на существование и могут применяться для зарядки носимых устройств. Но они не так эффективны, как накладки на верхнюю часть руки", - говорит Вашаи.
Научно-исследовательский центр ASSIST ставит своей целью разработку носимых технологий, которые могут быть использованы для постоянного длительного мониторинга состояния здоровья человека. Это могут быть, например, такие устройства, которые позволяют отслеживать параметры работы сердца и, тем самым, контролировать его здоровье. Или же это может быть контроль физических и экологических показателей, которые имеют первостепенное значение для прогнозирования и предотвращения приступов астмы.
По утверждению Дариуша Вашаи добиться поставленных целей можно, но для этого нужно сделать так, чтобы устройства, осуществляющие контроль над состоянием здоровья человека, не зависели от состояния заряда батарей. Новая технология, которая была разработана усилиями исследователей из Университета штата Северная Каролина, позволяет в значительной мере приблизить тот момент, когда намеченные учеными цели станут реальностью".
Открыть счет для торговли акциями высокотехнологичных компаний