Nabíjanie drobnej elektroniky vlastným telom už nie je utópia

Predstavte si pružný náramok, alebo prsteň, ktorý budete nosiť na ruke a tieto nenápadné doplnky budú využívať teplo, ktoré ľudské telo generuje. Toto teplo následne pomocou termoelektrických generátorov zmení na elektrinu.

Nejdeme vás strašiť podkožnými mikročipmi. Energiu nášho tela budeme môcť použiť na nabíjanie mobilných telefónov a takzvanej „nositeľnej elektroniky“. Vedci totiž vyvinuli nové lacné prenosné zariadenie, ktoré transformuje ľudské telo na biologickú batériu.

Nabíjanie a človek ako elektráreň

Je známe, že ľudské telo produkuje energiu. V pokoji vyprodukuje približne 100 wattov energie čo sa rovná dennému energetickému príjmu 2000 kcal. Väčšina vyprodukovanej energie je potrebná pre dôležité činnosti tela ako je činnosť srdca a používanie svalov. Vieme však tiež, že veľká časť tejto energie sa stráca ako prebytočné teplo. A čo je dôležité, takmer všetka prebytočná energia sa dá využiť na výrobu elektrickej energie, ktorá by mohla možno aj úplne nahradiť dnešné chemické batérie. S touto myšlienkou sa už dlhší čas pohrávajú vedci z University of Colorado Boulder. Vo svojich výskumoch experimentujú s ľudským telom a energiou, ktorú produkuje. Cieľ je jasný – vytvoriť z nášho tela funkčnú batériu.

Biologická batéria

Na podobných projektoch už dlhú dobu pracujú špecializované laboratória. Najprv to skúšali metódami priameho zachytávania tepla z tela, čo bolo dosť problematické a zápory prevyšovali klady. Neskúr začali zachytávať teplo pomocou mikroelektronických a nano zariadení, „uskladňujúcich“ energiu z každého pohybu. Zatiaľ najďalej sú vedci z University of Colorado Boulder. Nimi vyvinuté termoelektrické generátory (TEG) môžu priamo prevádzať teplo nízkej kvality na elektrinu, a sú tak veľmi sľubnými zdrojmi energie pre nositeľnú elektroniku. Zariadenie, ktoré vedci popisujú, je pružné a to za účelom, aby mohlo byť nosené na prste ruky, ako prsteň, prípadne ako náramok. Vo februári 2021 priniesol o generátore správu vedecký časopis Science Advances. Fungovanie takejto batérie je podmienené tým, aby sa zariadenie dotýkalo pokožky. Vďaka tomu môže zariadenie využívať teplo, ktoré ľudské telo generuje. Toto teplo následne pomocou termoelektrických generátorov zmení na elektrinu.

Stačí jeden volt na štvorcový centimeter?

Možno sa to nezdá, ale stačí. Systém TEG ponúka konfiguráciu podobnú legu, ktorá umožňuje používateľom prispôsobiť zariadenie na zber energie podľa tepelných a mechanických podmienok. Ako sme už spomínali najčastejšie sa uvažuje nad prsteňom, či náramkom, ktoré by spĺňali požiadavku spojenia s ľudskou kožou. Vlastnosti TEG sa realizujú integráciou vysoko výkonných modulárnych termoelektrických čipov, dynamického kovalentného termosetového polyimínu ako substrátu a zapuzdrenia ako elektrického vedenia prostredníctvom nového dizajnu mechanickej architektúry.

Vo výskume sa uvádza, že takýmto spôsobom TEG vyrobí viac energie, ako poskytuje väčšina existujúcich batérií. V by to praxi znamenalo, že v prípade nositeľnej elektroniky by sme nepotrebovali žiadne batérie, či iné externé zdroje energie.

Nabíjanie ako v Matrixe

„V budúcnosti chceme byť schopní napájať vašu nositeľnú elektroniku bez potreby batérie,“ uviedol Jianliang Xiao, hlavný autor nového projektu a docent na Katedre strojného inžinierstva. Tento koncept môže znieť ako niečo z filmovej série Matrix, v ktorej závod robotov zotročil ľudí, aby zozbierali svoju vzácnu organickú energiu. Xiao a jeho kolegovia nie sú tak ambiciózni. Postačí naozaj jeden jediný volt zo štvorcového centimetra – možno menšie napätie na plochu, ako poskytuje väčšina existujúcich batérií, ale stále dostatočné na napájanie elektroniky, ako sú hodinky alebo fitness trackery.

„Kedykoľvek použijete batériu, vyčerpáte ju a budete ju nakoniec musieť vymeniť,“ uviedol Xiao. „Na našom termoelektrickom zariadení je pekné to, že keď ho budete nosiť,  poskytne vám stálu energiu.“

Foto: colorado.edu