Генератор на коленях для питания носимых устройств

Исследователи из Китайского университета Гонконга разработали устройство, которое может аккумулировать энергию за счет сгибания человеческого колена во время ходьбы, без существенного увеличения усилий для пользователей. Такой прибор вырабатывает до 1.6 мВт энергии без значительных изменений в структуре дыхания и потребления кислорода пользователем. И вполне вероятно, что через некоторое время это устройство может использоваться для питания носимой электроники, закрепленных на теле человека сенсоров и протезов.

Подобные устройства уже пробовали создавать и ранее. Некоторые из этих систем могли вырабатывать несколько ватт, но они были, как правило, тяжелыми. Другие устройства требовали значительного увеличения усилий со стороны пользователя. Для устранения этих ограничений гонконгские исследователи разработали новый генератор (energy harvester) на основе "умных" материалов.

Генератор пристегивается к голени и бедру, располагая таким образом компоненты системы близко к колену. Когда пользователь делает шаг, изгибается тонкий пьезоэлектрический материал, который генерирует энергию. Во время ходьбы устройство сгибается и разгибается, что приводит к непрерывной выработке энергии.

Исследователи использовали специальный макроволоконный материал, который генерирует энергию из любого изгиба, чтобы создать кривошипно-ползунный механизм, похожий на те, что применяются в машиностроении. Авторы решили прикрепить устройство к колену из-за большой подвижности коленного сустава по сравнению с большинством других человеческих суставов.

Исследователи провели испытания с несколькими пользователями, в ходе которых они измерили производство электроэнергии в результате изменения скорости ходьбы, а также потребление кислорода и выработку CO2 пользователями, как с подключенным генератором, так и без него. Полученные результаты позволили исследователям сделать вывод, что новое устройство не требует дополнительных усилий со стороны пользователя для производства электроэнергии. Устройство весит менее 300 г. и может генерировать достаточно энергии для работы устройств для мониторинга состояния здоровья и GPS.