
Het kledingstuk is gemaakt van een combinatie van elektronische onderdelen. Ze zijn allemaal flexibel, wasbaar en speciaal gezeefdrukt om de hoeveelheid energie die ze kunnen verzamelen te optimaliseren. Een eenvoudig T-shirt kan zo een draagbaar microgrid worden dat energie rechtstreeks uit het menselijk lichaam verzamelt en opslaat, waarmee het kleine elektronische apparaten van stroom kan voorzien. De sleutel is de combinatie van drie elementen: biobrandstofcellen die opladen met zweet, apparaten die wrijving en beweging gebruiken om energie op te wekken, en supercondensatoren die deze energie kunnen opslaan.
Dit elektrische microgrid is ontwikkeld door een team van ingenieurs gespecialiseerd in nanobio-elektronica van de Universiteit van Californië in San Diego (UC) en maakt deel uit van een nieuwe generatie flexibele en geïntegreerde stoffen die een revolutie teweeg willen brengen in zowel de voeding van gadgets en wearables als de manier waarop zij degene die we gebruiken. Net zoals een stedelijk micronetwerk verschillende bronnen van lokale en hernieuwbare energie integreert, integreert een draagbaar micronetwerk apparaten die lokaal energie verzamelen in verschillende delen van het lichaam, legt Lu Yin, een Ph.D. student aan UC en co-auteur van een artikel dat deze week verscheen in het tijdschrift Nature Communications.
Zodra de gebruiker begint te transpireren, beginnen de batterijen aan de binnenkant van het shirt, op borsthoogte, energie te genereren, omdat ze zijn uitgerust met enzymen die de uitwisseling van elektronen tussen lactaat- en zuurstofmoleculen in het zweet veroorzaken. Aan de andere kant worden de stukken die bewegingsenergie omzetten in tribo-elektrische generatoren aan de buitenkant van het shirt op de onderarmen en de zijkanten van de romp, vlakbij de taille, geplaatst om activiteit te verzamelen tijdens het lopen of rennen. dankzij de wrijving die ontstaat.
DUURZAME BRON
Door gebruik te maken van zowel beweging als transpiratie kan het microgrid de apparaten op duurzame basis van stroom voorzien. Door de twee elementen samen te voegen, compenseer je elkaars tekortkomingen, legt Yin uit. Ze zijn complementair en synergetisch en zorgen voor een snelle start en continu vermogen. Elk element levert een ander soort energie: biobrandstofcellen genereren een lage, continue spanning, terwijl tribo-elektrische generatoren hoogspanningspulsen leveren. Om ervoor te zorgen dat het systeem de energie correct kan benutten, moeten de spanningen worden gecombineerd en geregeld tot één stabiele spanning.
Dit is de rol van de supercondensatoren, die zich buiten het shirt bevinden, ook op borsthoogte. Ze fungeren als een reservoir dat energie uit beide bronnen tijdelijk opslaat en kan afvoeren wanneer dat nodig is. Je kunt zeggen dat biobrandstofstapels een soort langzaam stromende kraan zijn en dat tribo-elektrische generatoren als een slang zijn die water spuit, beschrijft Yin. “De supercondensatoren zouden het reservoir zijn dat beide voeden.
De ingenieurs hebben de microgrid getest in sessies van 30 minuten (10 minuten trainen op een hometrainer of hardlopen en 20 minuten rust). Het systeem kon een LCD-klok of een klein elektrochroom scherm van stroom voorzien, een apparaat dat van kleur verandert als reactie op een aangelegde spanning tijdens elke sessie.
Hoewel er andere toepassingen zijn, is het systeem vooral handig voor atleten, die hun apparaten opladen met de energie van elke training. Maar we zijn niet beperkt tot één ontwerp, we kunnen het systeem aanpassen door verschillende soorten energiecollectoren voor verschillende scenario’s te selecteren, zegt Yin. Concreet werkt het team al aan andere modellen die energie kunnen opslaan, zelfs terwijl de gebruiker buiten zit of langzaam loopt.
STOFFEN SCHADUW
En terwijl ingenieurs in San Diego werken aan kledingstukken die elektronische apparaten van stroom kunnen voorzien, werkt een ander team van onderzoekers in Shanghai aan de integratie van deze gadgets in stoffen. Deze woensdag beschrijven Chinese wetenschappers in Nature de creatie van een textiel dat als scherm dient. De makers zijn flexibel en resistent en hebben een extra moeilijkheid moeten oplossen, aangezien de conventionele materialen die in de schermen worden gebruikt in principe niet compatibel zijn met de natuurlijke vervorming die optreedt bij het gebruik van kleding.
Maar dit nieuwe ontwerp spint geleidende vezels, lichtgevende vezels en katoenvezels tot een flexibel stoffen scherm, waardoor het een materiaal wordt met eindeloze praktische toepassingen. Het scherm wordt gematerialiseerd dankzij de elektroluminescerende eenheden die worden gevormd op de kruising tussen de geleidende en luminescerende vezels. De auteurs stellen dat in de tests de overgrote meerderheid van de lichteenheden stabiel bleef, zelfs na 1,000 buig-, rek- en drukcycli. Ze wijzen er ook op dat de helderheid van deze units stabiel bleef na 100 was- en droogcycli.
Ingenieurs richten zich op verschillende potentiële toepassingen voor de stof, zoals een navigatietool die een interactieve kaart weergeeft of een communicatietool die berichten kan verzenden of ophalen via een Bluetooth-verbinding met een smartphone. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor biomedische vakgebieden; we kunnen ze blauw licht laten uitstralen, dat wordt gebruikt om bepaalde ziekten zoals neonatale geelzucht veiliger en effectiever te behandelen, legt Huisheng Peng uit, een ingenieur aan de Shanghai Fudan Universiteit en hoofdauteur van het artikel in Nature. Ze kunnen ook worden gebruikt voor slimme huizen of speelgoed. Peng legt uit dat deze technologie al op grote schaal geproduceerd kan worden, sommige producten worden al door bedrijven getest voor echte toepassingen.
De stof kan ook worden geïntegreerd met een aanraakgevoelig toetsenbord en een eigen voeding (in dit geval zonnebatterijen). En we kunnen de krachtbron ook van textiel maken, waardoor een volledig zelfaangedreven systeem ontstaat, benadrukt hij. We hebben niet echt andere technologie nodig om ons apparaat te voltooien.