О нательном генераторе электричества alizar уже писал. Теперь появилась новость о генераторах, которые встраиваются внутрь обувной подошвы и позволяют генерировать электричество за счёт хождения в такой обуви.

Исследователи из института микро и инженерных технологий (HSG-IMIT—Institute of Micromachining and Information Technology, Villingen-Schwenningen, Germany) и департамента микросистемной инженерии (Department of Microsystems Engineering—IMTEK, Freiburg, Germany) опубликовали работу[1], в которой они представили и исследовали разработанные ими миниатюрные электромеханические генераторы электричества.
image




Авторы работы [1] представили генераторы двух типов: маятниковый и ударного возбуждения. Оба типа генератора используют эффект появления электрического тока в результате электромагнитной индукции, когда магнит двигается внутри катушки из намотанной проволоки. Генераторы миниатюризированы настолько, что они встраиваются в обувную подошву. Маятниковый генератор генерирует электричество тогда, когда человек передвигает ногой во время ходьбы. Ударного возбуждения — тогда, когда человек наступает на ногу [1-4].

Маятниковый генератор


В этом генераторе, 14 магнитов двигаются через группу катушек тогда, когда нога и обувь человека ускоряются во время движения. При ширине этого генератора в 41 мм и его длине в 70 мм, он способен генерировать череду импульсов со средней мощностью до 0.84 мВт (пиковой — до 50 мВт). Зависимость мощности во времени при скорости 6 км/ч имеет характерные группы импульсов для каждого шага. Длительность этой группы на уровне половины максимума мощности — 0.04 с, импульсы полностью затухают через 0.1 с. При скоростях, меньших этой, мощность сгенерированного сигнала падает, при больших — остаётся приблизительно на этом же уровне.

Генератор ударного возбуждения


Этот генератор помещается в пятке обувной подошвы, он 40 мм шириной и 60 мм длиной. Способен генерировать последовательность импульсов средней мощностью до 4.13 мВт (пиковой — до 45 мВт), когда человек двигается со скоростью 5 км/ч по твёрдой поверхности [3]. Уменьшение скорости движения выражается в падении мощности генерируемого сигнала. Колебания мощности сгенерированного сигнала длятся почти 0.25 с (на уровне половины мощности серии импульсов) при скорости бега 6 км/ч после каждого шага. Они полностью затухают через 0.5 с.

Область применения


Температурный датчик, подключенный к генератору и встроенный в обувь, показан на иллюстрации ниже. Во время проведения экспериментов, генераторы были способны питать датчики для последующей передачи данных о температуре внутри обуви на расстояние до 10 м. Они оказались способны передавать данные до семи раз на каждый сделанный шаг.
image

Интересным моментом является и то, что авторы моделировали величину мощности сгенерированного сигнала в зависимости от скорости шага. При этом они достигли неплохого совпадения между результатами их модели и результатами экспериментов.

В интервью BBC [4], ведущий разработчик Клевис Йли (англ. Klevis Ylli) отметил, что изначально такие генераторы разрабатывались для использования в само-зашнуровывающейся обуви для старых людей. Но есть и другая область использования таких генераторов. Если разместить сенсоры ускорения и угловой скорости внутри обуви, то по данным измерений сенсоров, они могли бы рассчитать как далеко и в каком направлении шёл человек в этой обуви и найти этого человека в случае поисковой операции.

Существует и аналогичные работы [5,6], в которых авторы представили специальные обувные стельки, так же работающие как генераторы электричества.

p.s. Спасибо REU, который ниже написал о другой стельке-генераторе [6].

Ссылки


[1] K. Ylli, D Hoffmann, A. Willmann, P. Becker, B. Folkmer and Y. Manoli, "Energy harvesting from human motion: exploiting swing and shock excitations," Smart Mater. Struct. 24 025029, 2015, doi:10.1088/0964-1726/24/2/025029
[2] Im Gehen Strom erzeugen
[3] Аннонс статьи на сайте IOP Smart shoe devices capture the power of walking
[4] Новость и интервью разработчика на сайте новостей BBC Smart shoe devices generate power from walking
[5] Te-Chien Houa, Ya Yanga, Hulin Zhanga, Jun Chena, Lih-Juann Chenb, Zhong Lin Wang, "Triboelectric nanogenerator built inside shoe insole for harvesting walking energy," Nano Energy, 2013, dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.03.001
[6] Стелька-генератор

Комментарии (11)


  1. TheVS
    30.03.2015 01:12
    +3

    Всё это замечательно, но выглядит не очень практично, а обслуживание подобного чуда может доставить больше неудобст, чем пользы даже без учёта цены.


    1. dom1n1k
      30.03.2015 02:17
      +6

      Много лет назад то ли в ЮТ, то ли в ТМ описывали патент на обувь со встроенным пылесосом. В подошве были эластичные полости, в которых при ходьбе создавались перепады давления, отчего внутрь должны были (теоретически) засасываться пылинки. Вот так вот походил день, тапки стали на полкило тяжелее каждый… Вот это практичность.


      1. Rumlin
        30.03.2015 08:54
        +2

        С другой стороны это метод для увеличения нагрузки на тренировках


        1. SunX
          30.03.2015 13:37

          Рассыпать тонны свинцовой пыли перед спортзалом? :)


  1. REU
    30.03.2015 10:19
    +1

    1. piva Автор
      30.03.2015 12:25

      Спасибо, добавил эту ссылку в текст.


  1. KOLANICH
    30.03.2015 23:38
    +1

    У большинства таких генераторов есть фатальный недостаток — они мешают ходить. Хочу генератор, который преобразует в электрическую только ту энергию, которая бы иначе пошла в тепло (что-то вроде рекуперации, но «рекуперация» должна включаться только когда надо затормозить, а устройство должно понимать, когда носитель хочет затормозить, анализируя показания сенсоров)


    1. Raegdan
      31.03.2015 08:50
      +1

      А что при ходьбе превращается в тепло? Упругая деформация подошвы? Так там энергии кот наплакал, имхо.


    1. Rumlin
      31.03.2015 13:41
      +1

      вертикальный вектор скорости движения — это потерянная энергия. Человек при ходьбе поднимает опускает свой центр тяжести. Поэтому наилучшая обувь для бега с пружинистой подошвой — немного энергии возвращается, подталкивая/приподнимая человека при шаге.


      1. KOLANICH
        31.03.2015 19:28
        +1

        Спасибо за коммент, но одеть jolly jumperы я пока не готов. Проблема «энергосборщиков» в том, что когда вы будете отталкиваться ногой, они это отталкивание будут преобразовывать в энергию, и ходить будет так же трудно, как и по песку или снегу. Нужно же, чтобы конструкция
        «энергосборщика» поглощала только не запасаемую часть энергии и только на приземлении, а на отталкивании становилась жёсткой, и при убирании нагрузки возвращалась в исходное состояние. Этим требованиям даже пьезокерамика не удовлетворит. Возможно, эти проблемы можно как-то решить с помощью ангармонического (чтобы можно было подстраивать частоту и фазу) осциллятора, который будет синхронизирован с шагом так, чтобы возбуждение (приземление) его «раскачивало» только на первом «четвертьпериоде».


        1. Rumlin
          31.03.2015 19:46
          +1

          «Раскачивание» — это «часы с автозаводом». Амплитуда большая, частота стабильна.