Устройство, описанное в журнале Science Advances , достаточно эластично, поэтому его можно носить как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается вашей кожи. Он также использует естественное тепло человека, используя термоэлектрические генераторы для преобразования внутренней температуры тела в электричество.
«В будущем мы хотим иметь возможность питать вашу носимую электронику без необходимости включать батарею», - сказал Цзянлян Сяо, старший автор новой статьи и доцент кафедры машиностроения Пола М. Рэди в CU Boulder.
Эта концепция может звучать как что-то из серии фильмов «Матрица », в которых раса роботов поработила людей, чтобы собрать их драгоценную органическую энергию. Сяо и его коллеги не столь амбициозны: их устройства могут генерировать около 1 вольт энергии на каждый квадратный сантиметр кожного пространства - меньшее напряжение на площадь, чем у большинства существующих батарей, но все же достаточно для питания электроники, такой как часы или фитнес-трекеры.
Ученые ранее экспериментировали с аналогичными термоэлектрическими носимыми устройствами, но устройство Xiao эластично, может самовосстанавливаться при повреждении и полностью пригодно для вторичной переработки, что делает его более чистой альтернативой традиционной электронике.
«Каждый раз, когда вы используете батарею, вы ее разряжаете, и, в конце концов, вам придется ее заменить», - сказал Сяо. «Наше термоэлектрическое устройство хорошо то, что его можно носить, и оно обеспечивает постоянную мощность».
Этот проект - не первая попытка Сяо объединить человека с роботом. Он и его коллеги ранее экспериментировали с разработкой «электронной кожи», носимых устройств, которые выглядят и ведут себя так же, как настоящая человеческая кожа. Однако для работы этот эпидермис андроида должен быть подключен к внешнему источнику питания.
До нынешнего момента. Последняя инновация группы начинается с основы, сделанной из эластичного материала под названием полиимин. Затем ученые вставляют серию тонких термоэлектрических чипов в эту основу, соединяя их все жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом и миниатюрной материнской платой компьютера или, возможно, модным бриллиантовым кольцом.
«Наша конструкция делает всю систему растягиваемой, не вызывая больших нагрузок на термоэлектрический материал, который может быть очень хрупким», - сказал Сяо.
Просто представьте, что вы вышли на пробежку. Во время упражнений ваше тело нагревается, и это тепло будет излучаться в прохладный воздух вокруг вас. Устройство Сяо улавливает этот поток энергии, а не тратит его зря.
«Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом и могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду», - сказал он.
Он добавил, что вы можете легко увеличить эту мощность, добавив больше блоков генераторов. В этом смысле он сравнивает свой дизайн с популярной детской игрушкой.
«Что я могу сделать, так это объединить эти более мелкие единицы, чтобы получить более крупную единицу», - сказал он. «Это все равно, что собрать кучу маленьких деталей Lego в большую конструкцию. Это дает вам множество возможностей для настройки».
Сяо и его коллеги подсчитали, например, что человек, совершающий быструю прогулку, может использовать устройство размером с обычный спортивный браслет, чтобы генерировать около 5 вольт электричества, а это больше, чем может хватить на батарейки для многих часов.
Как и электронная кожа Сяо, новые устройства устойчивы, как биологическая ткань. Например, если ваше устройство порвется, вы можете сжать сломанные концы, и они снова заживут через несколько минут. А когда вы закончите работу с устройством, вы можете окунуть его в специальный раствор, который отделит электронные компоненты и растворит полииминовую основу - каждый из этих ингредиентов может быть использован повторно.
«Мы стараемся сделать наши устройства как можно более дешевыми и надежными, а также максимально снизить воздействие на окружающую среду», - сказал Сяо.
Хотя в дизайне еще есть надстройки, он считает, что устройства его группы могут появиться на рынке через пять-десять лет.