image

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)


  1. retrograde
    05.02.2016 23:10
    -7

    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.


    1. Nik_sav
      06.02.2016 11:45

      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.


  1. LoadRunner
    06.02.2016 09:58
    +7

    А если ещё в это время крутить педали на велогенераторе…


    1. MaksVasilev
      06.02.2016 21:27
      +3

      Только в расчёт КПД надо обязательно учитывать потом расход борща, при такой выработке энергии :)


  1. Terranz
    06.02.2016 12:58

    а как насчёт тепловой энергии? когда уже будут более-менее годные преобразователи тепло->электричество?


    1. Fedorkov
      06.02.2016 18:04

      Тепловые электростанции уже негодные?


      1. Terranz
        06.02.2016 18:08

        это где греют воду чтобы получить пар и таким образом крутить турбины генераторов?
        нет, я про те, что на тело человека можно прицепить


        1. vazat
          06.02.2016 18:18

          Они то как раз сейчас не совсем годны для применения в гражданской среде, у одних КПД очень маленький, а другие токсичны или радиоактивны.


          1. Terranz
            08.02.2016 09:09

            к этому и был мой вопрос…


  1. amarao
    06.02.2016 13:51
    +6

    Насколько это будет замедлять ход человека? Обычно подошва пружинит и облегчает подъём ноги. Тут — не будет. Не будет ли это напоминать хождение по песку?


    1. Zel
      07.02.2016 23:49

      мне кажется, наоборот. Для генерации и нагнетания «пузырьков» как раз и нужна пружинящая подошва


      1. amarao
        08.02.2016 13:57

        Наоборот 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.


  1. xAlex007
    06.02.2016 18:37

    Можно будет энергию ветра от дерева на генератор передавать.


  1. Nomad1
    06.02.2016 20:49
    +3

    «Извиняйте за очепятки, пишу с кроссовка»

    "- Есть кропаль инета?
    — Нет
    — А ну, попрыгай!"


  1. Lol4t0
    06.02.2016 20:54

    Поговаривают, 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, нет


    1. DrPass
      06.02.2016 23:29

      Наверное, 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.


    1. Goodkat
      07.02.2016 00:47

      Для страдающих ожирением офисных работников — само то.


    1. Foreglance
      07.02.2016 12:11
      -1

      Думаю 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.


      1. Lol4t0
        07.02.2016 12:38
        +1

        Вт — 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.


        1. Foreglance
          07.02.2016 14:47

          Разве 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?


          1. Lol4t0
            07.02.2016 15:19
            +2

            Нет, 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)


      1. 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.


    1. SquareIronBox
      07.02.2016 19:54

      Также в статье пишется, что обычно эта энергия расходуется на нагрев подошвы. Ведь подошва это не только амортизатор, но и демпфер.


  1. Raegdan
    07.02.2016 04:05
    +1

    Как-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.


    1. Mad__Max
      08.02.2016 01:37

      Почему 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.


      1. pasetchnik
        09.02.2016 13:06

        Не 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.


  1. Exillon
    09.02.2016 12:52

    Очень 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.


  1. hardegor
    09.02.2016 12:52

    Увы, 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.