Cuando esté de viaje y la batería de su teléfono inteligente esté baja, en un futuro no muy lejano podría cargarla simplemente enchufándola en su zapato.
Una innovadora tecnología de recolección y almacenamiento de energía desarrollada por los ingenieros mecánicos de la Universidad de Wisconsin-Madison podría reducir nuestra dependencia de las baterías en nuestros dispositivos móviles, asegurando que tengamos energía para nuestros dispositivos sin importar dónde estemos.
en un artículo publicado el 16 de noviembre de 2015 en la revista Informes científicos , Tom Krupenkin, profesor de ingeniería mecánica en UW-Madison, y J. Ashley Taylor, científico sénior en el Departamento de Ingeniería Mecánica de UW-Madison, describieron una tecnología de recolección de energía que es particularmente adecuada para capturar la energía del movimiento humanopara alimentar dispositivos electrónicos móviles.
La tecnología podría permitir una cosechadora de energía incorporada en el calzado que capture la energía producida por los humanos al caminar y la almacene para su uso posterior.
Los zapatos que generan energía podrían ser especialmente útiles para los militares, ya que los soldados actualmente llevan baterías pesadas para alimentar sus radios, unidades de GPS y gafas de visión nocturna en el campo. El avance podría proporcionar una fuente de energía a las personas en áreas remotas ypaíses en desarrollo que carecen de redes eléctricas adecuadas.
"El caminar humano conlleva mucha energía", dice Krupenkin. "Las estimaciones teóricas muestran que puede producir hasta 10 vatios por zapato, y que la energía se desperdicia en forma de calor. Un total de 20 vatios por caminar no es un pequeño, especialmente en comparación con los requisitos de alimentación de la mayoría de los dispositivos móviles modernos ".
Krupenkin dice que aprovechar una pequeña cantidad de esa energía es suficiente para alimentar una amplia gama de dispositivos móviles, incluidos teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras portátiles y linternas. Por ejemplo, un teléfono inteligente típico requiere menos de dos vatios.
Sin embargo, los enfoques tradicionales para la recolección y conversión de energía no funcionan bien para los desplazamientos relativamente pequeños y las grandes fuerzas de pisadas, según los investigadores.
"Así que hemos desarrollado nuevos métodos para convertir directamente el movimiento mecánico en energía eléctrica que son apropiados para este tipo de aplicación", dice Krupenkin.
La nueva tecnología de recolección de energía de los investigadores aprovecha la "remojo electrolítico inverso", un fenómeno que Krupenkin y Taylor fueron pioneros en 2011. Con este enfoque, cuando un líquido conductor interactúa con una superficie recubierta de nanofilm, la energía mecánica se convierte directamenteen energía eléctrica.
El método de electrohumectación inversa puede generar energía utilizable, pero requiere una fuente de energía con una frecuencia razonablemente alta, como una fuente mecánica que vibra o gira rápidamente.
"Sin embargo, nuestro entorno está lleno de fuentes de energía mecánica de baja frecuencia, como el movimiento humano y de la máquina, y nuestro objetivo es poder extraer energía de este tipo de fuentes de energía de baja frecuencia", dice Krupenkin ".por sí solo no resolvió uno de los problemas que tuvimos "
Para superar esto, los investigadores desarrollaron lo que ellos llaman el método "bubbler", que describieron en su estudio de Scientific Reports. El método bubbler combina la rehumectación inversa con el crecimiento y colapso de la burbuja.
El dispositivo burbujeador de los investigadores, que no contiene partes mecánicas móviles, consta de dos placas planas separadas por un pequeño espacio lleno de un líquido conductor. La placa inferior está cubierta con pequeños orificios a través de los cuales el gas presurizado forma burbujas. Las burbujascrecer hasta que sean lo suficientemente grandes como para tocar la placa superior, lo que hace que la burbuja se colapse.
El crecimiento rápido y repetitivo y el colapso de las burbujas empujan el fluido conductor hacia adelante y hacia atrás, generando carga eléctrica.
"La alta frecuencia que necesita para una conversión de energía eficiente no proviene de su fuente de energía mecánica, sino que es una propiedad interna de este enfoque de burbujeador", dice Krupenkin.
Los investigadores dicen que su método de burbujeador puede generar altas densidades de potencia, muchos vatios en relación con el área de superficie en el generador, lo que permite dispositivos de recolección de energía más pequeños y livianos que se pueden acoplar a una amplia gama de fuentes de energía.
El dispositivo burbujeador de prueba de concepto generó alrededor de 10 vatios por metro cuadrado en experimentos preliminares, y las estimaciones teóricas muestran que hasta 10 kilovatios por metro cuadrado podrían ser posibles, según Krupenkin.
"El burbujeador realmente brilla en la producción de altas densidades de potencia", dice. "Para este tipo de recolección de energía mecánica, el burbujeador tiene la promesa de lograr, con mucho, la densidad de potencia más alta jamás demostrada".
Krupenkin y Taylor buscan asociarse con la industria y comercializar una cosechadora de energía integrada en el calzado a través de su empresa de nueva creación, InStep NanoPower.
Su cosechadora podría alimentar directamente varios dispositivos móviles a través de un cable de carga, o podría integrarse con una amplia gama de dispositivos electrónicos integrados en un zapato, como un punto de conexión Wi-Fi que actúa como un "intermediario" entre dispositivos móvilesy una red inalámbrica. Esta última no requiere cables, reduce drásticamente los requisitos de alimentación de los dispositivos móviles inalámbricos y puede hacer que la batería de un teléfono celular dure 10 veces más entre cargas.
"Para un teléfono inteligente, solo el costo de energía de la transmisión de radiofrecuencia de un lado a otro entre el teléfono y la torre contribuye enormemente al agotamiento total de la batería", dice Krupenkin.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Adam Malecek. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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