Инженеры из Висконсинского университета в Мадисоне разработали систему генерации электричества, умещающуюся в подошве ботинка. При этом, в отличие от схожих проектов, система не имеет механических движущихся частей. Вырабатываемое при ходьбе электричество предлагается использовать для зарядки гаджетов.
Такое зарядное устройство хорошо подойдёт для военных применений, туристов и жителей отдалённых регионов с проблемами с постоянным электроснабжением.
По расчётам одного из инженеров, Тома Крупенькина, мощность устройства в одном ботинке сможет достичь 10 Вт — т.е. в сумме получится 20 Вт. По словам учёного, обычно эта энергия рассеивается в виде тепла, при этом даже 10% от этой энергии хватит, чтобы заряжать типичный смартфон.
Работает технология на принципе «обратного электросмачивания» – процесса, который Крупенькин в паре с Эшли Тейлором открыли в 2011 году именно в поисках преобразования механической энергии в электрическую для сбора энергии движения человека.
Устройство состоит из двух плоских пластин, между которыми циркулирует токопроводящая жидкость. В нижней пластине проделаны микроскопические отверстия, и к ней подсоединён электрод с изоляцией. Под давлением в жидкость через микроотверстия подаётся газ, формирующий пузырьки, которые затем схлопываются в более крупные пузыри. Этот повторяющийся процесс, происходящий с большой скоростью, двигает жидкость по контуру, что приводит к генерации электрического тока благодаря электросмачиванию.
Мощность экспериментальной установки составляет 10 Вт на квадратный метр. Исследователи утверждают, что эту мощность можно увеличить в 1000 раз. По их словам, такая пузырьковая технология показывает самую большую плотность энергии на единицу площади среди устройств для преобразования механической энергии в электрическую.
Встроив такую систему в ботинки, можно накапливать энергию в аккумуляторе и затем заряжать устройства. Или, как предлагают инженеры, встроить в подошву ещё и WiFi-репитер, который позволит уменьшить расход энергии смартфона благодаря уменьшению необходимой мощности для передачи сигнала.
Комментарии (31)
LoadRunner
06.02.2016 09:58+7А если ещё в это время крутить педали на велогенераторе…
MaksVasilev
06.02.2016 21:27+3Только в расчёт КПД надо обязательно учитывать потом расход борща, при такой выработке энергии :)
Terranz
06.02.2016 12:58а как насчёт тепловой энергии? когда уже будут более-менее годные преобразователи тепло->электричество?
amarao
06.02.2016 13:51+6Насколько это будет замедлять ход человека? Обычно подошва пружинит и облегчает подъём ноги. Тут — не будет. Не будет ли это напоминать хождение по песку?
Zel
07.02.2016 23:49мне кажется, наоборот. Для генерации и нагнетания «пузырьков» как раз и нужна пружинящая подошва
amarao
08.02.2016 13:57Наоборот что?
На входе у нас кинетическая энергия в 10 Дж. На выходе — в одном случае 7 Дж (3 рассеялось). Во втором — 3 рассеялось, 5 забрали, отдача 2 Дж.
Сейчас вы мне расскажите, что в данном конкретном случае энергия добывается из «рассеиваемой» энергии без снижения КПД движения. Как всё просто — надо всего лишь отменить второй закон термодинамики, и у нас будет КПД 100% всюду и всегда.
Nomad1
06.02.2016 20:49+3«Извиняйте за очепятки, пишу с кроссовка»
"- Есть кропаль инета?
— Нет
— А ну, попрыгай!"
Lol4t0
06.02.2016 20:54Поговаривают, что для ходьбы человек затрачивает около 50 Вт. Получается, что с этой штуковиной ходить будет в полтора раза тяжелее.
Такое зарядное устройство хорошо подойдёт для военных применений, туристов
Пожалуй, нетDrPass
06.02.2016 23:29Наверное, ватт 100 или даже больше. Человеческая тушка ведь в среднем весит килограмм 70, скорость ходьбы примерно 1.5 м/с. И это только на прямолинейное перемещение, без учета подъемов вверх-вниз при ходьбе.
Foreglance
07.02.2016 12:11-1Думаю имеет значение время, необходимое для получения этих 10 ватт.
Дисплей беговой дорожка показывает примерно 50-60 калорий за 10 минут ходьбы по ровной поверхности (проверить на калькуляторе).
1 калория в секунду примерно равна 4 ватта в секунду.
Получается что за 1 минуту при расходе 0.1 калорий в сек. (~0.4 ватт в сек.) — расходуется 24 ватта, если я не ошибаюсь в расчетах.
Получается, что если нужно (и техничеки возможно) выработать 10 ватт в минуту — нужно затратить на 40% больше энергии, а если достаточно выработать эти 10 ватт за 10 минут — нужно затратить только на 4% больше энергии. Используя калькулятор можно прикинуть, что это эквивалентно 2% подъему. В теории.Lol4t0
07.02.2016 12:38+1Вт — это мера мощности. Вт/с — мера скорости изменения мощности, не имеет особого приложения, и явно не то, что вы думаете.
Фраза «время, необходимое для получения этих 10 ватт» не имеет физического смысла. Потому что мощность — это уже работа в единицу времени.Foreglance
07.02.2016 14:47Разве Вт/с это не количество потребляемой (или производимой) энергии (Киловатт в час)?
Вероятно «время, необходимое для получения этих 10 ватт» неудачная формулировка.
Как бы тогда пересчитать изменение нагрузки при использовании генератора?Lol4t0
07.02.2016 15:19+2Нет, киловатт в час — это тоже что-то из области метафизики.
Количество производимой и потребляемой энергии называется киловатт-час. И знак там стоит умножения. Киловатт * час. То есть мощность * время = (работа / 1 времени)* время = работа (выполненная в течение указанного промежутка времени)
Sdima1357
09.02.2016 13:05«Foreglance 7 февраля 2016 в 12:11»
============================
Вы пожалуйста с единицами определитесь.Ватт x секунда это джоуль. Джоуль в секунду это ватт. Калория — 4,1868 Дж точно. Ватт это мощность. Джоуль — энергия или работа. Ну достали прямо.
SquareIronBox
07.02.2016 19:54Также в статье пишется, что обычно эта энергия расходуется на нагрев подошвы. Ведь подошва это не только амортизатор, но и демпфер.
Raegdan
07.02.2016 04:05+1Как-то с трудом понимаю фундаментальную физику такой подошвы. A=FS, т.е. для получения энергии нам нужна не только сила, но и деформация подошвы по оси её приложения. Если деформация подошвы будет маленькой, хорошую мощность мы не получим. Если большой — будет тяжело ходить. По сути получится шаговый тренажёр, который именно по такому принципу и работает — за счёт того, что его педали под ногами продавливаются, мы выдаём на них мощность.
Mad__Max
08.02.2016 01:37Почему с трудом, как раз ее и описали. Для 10 Вт с ботинка учетом не 100% КПД (но допустим довольно большой смогут получить), нужно чтобы деформация подошвы при каждом шаге была не меньше 2 см по вертикали. (для «среднесферическогого» человека массой ~70 кг идущего с темпом 2 шага в секунду). Будет весьма необычно и непривычно в подобных ботинках ходить… Хотя врядли тяжелее.
На тренажер (степпер) чем-то действительно похоже, но на нем на все 200-300 Вт можно вышагивать — поэтому и тяжело долго шагать.pasetchnik
09.02.2016 13:06Не меньше 2см по вертикали — это как по матрацу ходить.
Интересно, как у них при этом обстоят дела с устойчивостью.
Не слишком-то комфортно (и даже безопасно) ходить по нестабильной поверхности.
Exillon
09.02.2016 12:52Очень плохая идея использовать в таком месте как подошва литий полимерные аккумуляторы (из примера в видео), которые от любых ударов или деформаций взрываются. Можно остаться без части ноги с таким генератором.
hardegor
09.02.2016 12:52Увы, природу не обманешь — чем больше энергии будет отбирать этот прибор в аккумулятор, тем больше энергии будет тратиться на ходьбу.
С тем же успехом можно в подошву встраивать пленочный пьезо-преобразователь — и проще и дешевле.
retrograde
Дайте угадаю, снова пьезо…
Ан, нет…
«Крупенкин и Тейлор описали свое открытие как «обратное электросмачивание», при котором механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью микроструйного элемента, создающего тысячи микрокапель жидкости, которые действуют на инновационный нано-субстрат. Такая технология могла бы обеспечить изготовление накопителя энергии, встроенного в обувь и собирающего энергию, вырабатываемую человеком во время ходьбы.»
А кто этот ионный дождик на ионы делит, и какое КПД, если не секрет? Не проще ли люстру Чижевского в супинатор встроить?
Смысл инноваций натоптаной энергии и так близок к нулю, а без КПД вообще не имеет права войти в жизнь гика.
Давайте уже элементы Пельтье питать от тепловой энергии деформации подошвы.
Nik_sav
Прочитайте наконец статью. Обещают до 10 КВт с квадратного метра. Так же там говорится про 20 Вт с пары ботинок — для носимой электроники более чем достаточно.