На зарядку становись
Человек расходует энергию очень нерационально — пусть хотя бы электричество вырабатываетХодьба — дорогое удовольствие, которое обходится человеку в 300 Вт затрачиваемой мощности, или 0,4 лошадиной силы. Эта энергия по большому счету пропадает зря, ведь при перемещении из точки А в точку Б на ровном месте не производится никакой полезной работы. Мысль приделать к человеку «динаму» и вырабатывать электричество посещает не только юмористов, но и ученых, хорошо знакомых с законом сохранения энергии.
--------------------------------------------------------------------------------
* Donelan J. et al. Biomechanical energy harvesting: Generating electricity during walking with minimal user effort. Science. 13 Feb. 2008. Vol. 319. P. 807-810.
** Qin Y., Wang X., Wang Z. Microfibre-nanowire hybrid structure for energy scavenging. Nature. 14 Feb. 2008. Vol. 451. P. 809-813.
--------------------------------------------------------------------------------
Желание использовать человека как ходячий источник энергии тем сильнее, чем больше мы зависим от разных электрических гаджетов — коммуникаторов, кардиостимуляторов и, конечно, непременного iPod. С существующими системами одна проблема: на каждый сгенерированный ватт приходится слишком много дополнительных энергозатрат. Самым большим КПД на сегодняшний день обладает генератор мощностью 7,4 Вт, который извлекает энергию из вертикальных перемещений при ходьбе. Рюкзак с ним весит 38 кг — не самое удобное решение.
Биомеханики из канадского Университета Саймона Фрезера вместе с коллегами из Питтсбургского и Мичиганского университетов пошли иным путем. Они применили к человеку идею, которая используется в электровозах и гибридных автомобилях. Когда водитель Lexus LS 600h нажимает на тормоз, колесные электромоторы автомобиля становятся генераторами и превращают в электричество энергию, которая у обычной машины просто рассеивается в тормозах. У человека такое торможение происходит при каждом шаге. В определенной фазе движения энергия мышц ноги расходуется на торможение. Если подключать генератор только в это время, он должен не затруднять, а в идеале даже облегчать ходьбу.
Первому воплощению, признают авторы, до идеала далеко, но результаты уже впечатляют. Свой генератор ученые приладили к ортопедическому устройству с шарниром, которое используется для восстановления после травм коленного сустава.
Если генератор включен постоянно, он выдает при ходьбе около 7 Вт, и это совсем не бесплатная энергия — испытуемые потребляли заметно больше кислорода, чем при выключенном генераторе. Но если он подключался только в фазе торможения, потребление кислорода не менялось, а значит, дополнительную энергию человек не тратил. При этом выдаваемая мощность была ненамного меньше, около 5 Вт — хватит на зарядку сразу двух iPod*.
Сейчас изобретатели озабочены тем, что ортопедический шарнир, в котором они сами прошагали по бегущей дорожке многие километры, не слишком-то удобен и красив. Но разработать привод и генератор, которые были бы незаметны под одеждой, — дело техники. Можно даже помечтать, что электричество при движении будет вырабатывать сама одежда. Благодаря последним исследованиям материаловедов из Технологического института штата Джорджия эта мечта сегодня кажется не такой уж недостижимой. Представьте себе куртку из плащовки, которая на ощупь, может, слегка жестковата, зато, обещает ведущий разработчик Чжунлинь Ван, «позволит запитать какой-нибудь iPod или другую мелкую электронику».
Пока все это лишь прогнозы — ученым под руководством Вана удалось создать прототип генерирующей ткани всего из двух кевларовых волокон. На каждом они вырастили кристаллы оксида цинка длиной несколько микрон. Если такой кристалл деформировать, за счет пьезоэлектрического эффекта возникает разность потенциалов. Ее снимают с помощью пленки того же оксида цинка, которая покрывает все волокно**.
С квадратного метра пьезополотна при сегодняшней технологии можно снимать 0,02-0,08 Вт, но это только начало. «Ничто не мешает, — говорит Ван, — улавливать энергию слабых колебаний, например биения сердца. Все зависит от развития исследований в течение нескольких следующих лет». Кстати, в покое 20% всех энергетических расходов человека приходится на мозг, масса которого составляет только 2% массы тела. Кто-нибудь придумает, как с толком использовать энергию мысли?
Михаил Попов
5 (95) 18 февраля 2008
www.smoney.ru/article.shtml?2008/02/18/4948
Человек расходует энергию очень нерационально — пусть хотя бы электричество вырабатываетХодьба — дорогое удовольствие, которое обходится человеку в 300 Вт затрачиваемой мощности, или 0,4 лошадиной силы. Эта энергия по большому счету пропадает зря, ведь при перемещении из точки А в точку Б на ровном месте не производится никакой полезной работы. Мысль приделать к человеку «динаму» и вырабатывать электричество посещает не только юмористов, но и ученых, хорошо знакомых с законом сохранения энергии.
--------------------------------------------------------------------------------
* Donelan J. et al. Biomechanical energy harvesting: Generating electricity during walking with minimal user effort. Science. 13 Feb. 2008. Vol. 319. P. 807-810.
** Qin Y., Wang X., Wang Z. Microfibre-nanowire hybrid structure for energy scavenging. Nature. 14 Feb. 2008. Vol. 451. P. 809-813.
--------------------------------------------------------------------------------
Желание использовать человека как ходячий источник энергии тем сильнее, чем больше мы зависим от разных электрических гаджетов — коммуникаторов, кардиостимуляторов и, конечно, непременного iPod. С существующими системами одна проблема: на каждый сгенерированный ватт приходится слишком много дополнительных энергозатрат. Самым большим КПД на сегодняшний день обладает генератор мощностью 7,4 Вт, который извлекает энергию из вертикальных перемещений при ходьбе. Рюкзак с ним весит 38 кг — не самое удобное решение.
Биомеханики из канадского Университета Саймона Фрезера вместе с коллегами из Питтсбургского и Мичиганского университетов пошли иным путем. Они применили к человеку идею, которая используется в электровозах и гибридных автомобилях. Когда водитель Lexus LS 600h нажимает на тормоз, колесные электромоторы автомобиля становятся генераторами и превращают в электричество энергию, которая у обычной машины просто рассеивается в тормозах. У человека такое торможение происходит при каждом шаге. В определенной фазе движения энергия мышц ноги расходуется на торможение. Если подключать генератор только в это время, он должен не затруднять, а в идеале даже облегчать ходьбу.
Первому воплощению, признают авторы, до идеала далеко, но результаты уже впечатляют. Свой генератор ученые приладили к ортопедическому устройству с шарниром, которое используется для восстановления после травм коленного сустава.
Если генератор включен постоянно, он выдает при ходьбе около 7 Вт, и это совсем не бесплатная энергия — испытуемые потребляли заметно больше кислорода, чем при выключенном генераторе. Но если он подключался только в фазе торможения, потребление кислорода не менялось, а значит, дополнительную энергию человек не тратил. При этом выдаваемая мощность была ненамного меньше, около 5 Вт — хватит на зарядку сразу двух iPod*.
Сейчас изобретатели озабочены тем, что ортопедический шарнир, в котором они сами прошагали по бегущей дорожке многие километры, не слишком-то удобен и красив. Но разработать привод и генератор, которые были бы незаметны под одеждой, — дело техники. Можно даже помечтать, что электричество при движении будет вырабатывать сама одежда. Благодаря последним исследованиям материаловедов из Технологического института штата Джорджия эта мечта сегодня кажется не такой уж недостижимой. Представьте себе куртку из плащовки, которая на ощупь, может, слегка жестковата, зато, обещает ведущий разработчик Чжунлинь Ван, «позволит запитать какой-нибудь iPod или другую мелкую электронику».
Пока все это лишь прогнозы — ученым под руководством Вана удалось создать прототип генерирующей ткани всего из двух кевларовых волокон. На каждом они вырастили кристаллы оксида цинка длиной несколько микрон. Если такой кристалл деформировать, за счет пьезоэлектрического эффекта возникает разность потенциалов. Ее снимают с помощью пленки того же оксида цинка, которая покрывает все волокно**.
С квадратного метра пьезополотна при сегодняшней технологии можно снимать 0,02-0,08 Вт, но это только начало. «Ничто не мешает, — говорит Ван, — улавливать энергию слабых колебаний, например биения сердца. Все зависит от развития исследований в течение нескольких следующих лет». Кстати, в покое 20% всех энергетических расходов человека приходится на мозг, масса которого составляет только 2% массы тела. Кто-нибудь придумает, как с толком использовать энергию мысли?
Михаил Попов
5 (95) 18 февраля 2008
www.smoney.ru/article.shtml?2008/02/18/4948
@темы: Жизненное, Интересности, Статьи