В культовом фильме «Матрица» восставшие машины научились добывать электроэнергию из человека. Для этого все люди были помещены в капсулы и подключены к глобальной виртуальной реальности.
Кадр из "Матрицы"
Как показывают исследования, человеческое тело, действительно, может производить электроэнергию. Но лежать в капсуле для это не придется. Напротив, для производства энергии человеку придется активно двигаться.
Энергия движения
Используя физическое явление, называемое трибоэлектрическим эффектом, ученые научились преобразовывать в электричество энергию простых движений. Пользователь может идти, бежать или даже набирать текст на клавиатуре. Каждое его действие будет вырабатывать энергию, подпитывающую смартфон, часы или другие умные устройства.
Устройство для преобразования энергии движений в электричество получило название “трибоэлектрический наногенератор”, или сокращенно ТЭНГ. “Мы все могли наблюдать, как воздушный шарик, если его потереть о волосы, начинает прилипать к стене или притягивать к себе мелкие кусочки бумаги. В сухие дни наша одежда может прилипать к коже. Это происходит из-за трибоэлектрического эффекта, или, проще говоря, накопления статического электричества. ТЭНГ использует этот эффект для выработки электроэнергии”, - поясняет автор исследования Ишара Дхармасена, докторант в Университете Суррея.
Трибоэлектрический эффект, или трибоэлектрический заряд, возникает при трении друг о друга некоторых материалов. Сам генератор ТЭНГ представляет собой гибкую полоску которая сделана из двух тонких слоев металла, разделенных слоями полимера. Изгибание или растяжение слоев приводит к их трению. При этом электроны перемещаются между двумя слоями металла. Их поток тем больше, чем чаще происходят движения, приводящие к изменению геометрии слоев.
Возможности для применения
По словам Дхармасены, ТЭНГ может быть произведен из множества различных материалов. Генераторы подобного типа будут работать с применением различных пластмасс, металлов и тканей. К примеру, они отлично сочетаются с хлопком или шелком. Такая вариативность позволит создавать ТЭНГ различного цвета, толщины и формы. В теории, такой генератор может быть даже прозрачным.
Как уже говорилось, размещать его можно везде, где есть движение. В одежде это могут быть вставки в районе суставов и наиболее частых изгибов. Для пользователей, работающих за компьютером, можно создать перчатки, которые будут генерировать электричество с каждым движением пальца. Для спортсменов - вырабатывающие электроэнергию стельки.
Но ТЭНГ может вырабатывать энергию не только от движений человека, но и от любых механических колебаний вообще. Источником движения могут стать ветер, волны, машинная вибрация. То есть, генерирующее покрытие может быть размещено на множестве объектов, от крыш домов и тротуаров до транспортных средств и объектов ландшафта.
Интересно, что похожими исследованиями в данный момент занимаются не только англичане. Помимо Университета Суррея возможности для применения трибоэлектрических наногенераторов изучает Университет штата Нью-Йорк в Буффало. А в начале года ученые из Института полупроводников Китайской Академии наук предложили собственную версию ТЭНГ. Китайцы использовали конструкцию из двух слоев золотой фольги и одного слоя силиконполимера между ними. Им удалось создать максимальное напряжение 124 В, максимальный ток 10 мкА и максимальную плотность мощности 0,22 мВт на квадратный сантиметр. Это - не самая большая выходная мощность, но технология совершенствуется.
Трибоэлектрический наногенератор в исполнении китайских ученых
По мнению Ишары Дхармасены, в самом скором будущем подобные генераторы могут стать важной частью инфраструктуры и хорошим подспорьем в борьбе человечества за чистую энергию.
