彼らは動きや汗からデバイスを充電できる T シャツを発明しました

コミュニティのマイクログリッドがエネルギーを生成し、自給自足できるのと同じように、人間も自分専用のマイクログリッドを持つことができ、それを使用して、体が生成するエネルギーから電子機器に電力を供給できるようになります。

これはカリフォルニア大学 (UC) のナノエンジニアのチームが T シャツに落とし込んだアイデアであり、その結果はNature Communications誌に発表されています。彼らが示しているように、彼らのテクノロジーはこれらのコミュニティ マイクログリッドに直接基づいています。

「私たちはマイクログリッドの概念を応用して、持続可能かつ安全かつ独立して動作するポータブル システムを開発しています」と、研究の共著者であるカリフォルニア大学サンディエゴ校ジェイコブズ工学部のルー・イン氏は語る。

「都市のマイクログリッドが風力や太陽光などのさまざまな地域の再生可能エネルギー源を統合するのと同じように、ウェアラブル マイクログリッドは、エネルギーを蓄積しながら汗や運動などの体のさまざまな部分からエネルギーを局所的に収集するデバイスを統合します。」彼は説明する。

その性能を証明するために、チームはこのシャツを人に 30 分間のセッションでテストしました。このセッションでは、10 分間走ったりペダルをこいだりし、その後さらに 20 分間休ませます。この演習を行うだけで、シャツはデジタル腕時計が適切に機能したり、所定の電圧に反応して色を変えるデバイスであるエレクトロクロマティック ディスプレイを起動したりするのに十分なエネルギーを供給しました。

いわゆる「ウェアラブル マイクログリッド」は、汗を動力源とするバイオ燃料電池、動きを動力源とする摩擦発電機、エネルギー貯蔵スーパーキャパシタという 3 つの主要な軸から機能します。

T シャツにプリントされた、柔軟で洗える部分で、はい、洗剤を使わずに使用できます。いわゆる「ウェアラブル マイクログリッド」は、汗で動くバイオ燃料電池、動きで動く摩擦発電機、エネルギーを蓄えるスーパーキャパシタという 3 つの主要な軸で動作します。各パーツは T シャツにスクリーン印刷され、収集されるエネルギー量が最適化されるように配置されています。

エネルギーを生成する 2 つの補完的なシステム

一方で、バイオ燃料電池はシャツの内側の胸の部分に配置されていました。これらには、人間の汗に含まれる乳酸分子と酸素分子の間の電子交換を引き起こして電気を生成する酵素が装備されています。これらのセルは、低電圧で直流電流を供給します。

一方、摩擦発電機はマイナスに帯電した素材でできており、前腕に配置され、プラスに帯電した素材が胴体の側面の腰の高さに配置されます。歩いたり走ったりするときに腕が胴体に対して振られると、逆に帯電した物質が電気を生成し、高電圧パルスを放射します。

最後に、シャツの外側の胸部に配置されたスーパーキャパシタは、他の 2 つのデバイスから得られたエネルギーを一時的に保存します。その後、必要に応じて接続された小型電子機器に電力を供給するために放電します。

研究者らは両方のエネルギー源を組み合わせることで、T シャツが迅速かつ継続的に動作できるようにしました。体の動きはほぼ瞬時に電流を伝達しますが、汗からの電流はユーザーが動きを止めた後でもエネルギーを提供します。

この一連のシステムは、別のシステムに比べて 2 倍の速度で起動し、3 倍の時間持続します。 「この 2 つを組み合わせると、お互いの欠点を補い合います。これらは補完的かつ相乗効果により、素早いスタートと継続的なパワーを可能にします」とイン氏は説明します。

その動作を例示するために、著者はそれを水道システムに例えています。 「バイオ燃料電池はゆっくりと流れる蛇口のようなものであり、摩擦発電機は水流を噴射するホースのようなものであると想像してください。スーパーキャパシタは、水を供給するタンクであり、必要に応じてそのタンクから水を汲むことができます。」

ナノエンジニアが示唆するこの研究の主な革新は、ポータブルデバイス自体ではなく、すべてのデバイスの体系的かつ効率的な統合です。アプリオリにはアスリートやスポーツマン向けに設計されていますが、研究者らはこのテクノロジーには無限の可能性があると信じています。このため、ユーザーがオフィスに座っているときなど、さまざまな状況でエネルギーを収集できる他の設計に取り組んでいることを発表しました。

「私たちはこのデザインに限定するつもりはありません。さまざまなシナリオに応じてさまざまなタイプのエネルギーハーベスターを選択することで、システムを適応させることができます」とイン氏は結論づけています。