Палатка-электростанция: ткань собирает энергию ветра, движений и собственного изгиба
Исследователи разработали палатку, которая собирает энергию от собственного движения. Такой процесс однажды сможет питать небольшие устройства в убежищах, зонах бедствий и автономных лагерях.
Ключ лежит в свойстве материала, известном как «магнитоупругость»: оно превращает движение изгиба и растяжения в электрическую энергию. Магнитоупругость, впервые описанная в 1865 году физиком Эмилио Виллари, — это изменение плотности магнитного потока материала при приложении механического напряжения в присутствии внешнего магнитного поля.
Конструкция, описанная в исследовании, опубликованном 31 июля в журнале Matter, использует «умные» текстильные слои, реагирующие на повседневные движения внутри палатки и вокруг неё, собирая как энергию окружающей среды, так и биомеханические движения. Ветер, человек, ворочающийся внутри, или изгиб ткани при установке — всё это может вносить вклад в выработку энергии, делая само укрытие частью энергосистемы. Ткань палатки работает как сборщик энергии: когда материал гнётся, растягивается или изгибается, его магнитное состояние меняется, и это изменение преобразуется в электричество через индукцию. Пол палатки включает магнитоупругие ленты, а крыша построена как многослойная архитектура, объединяющая проводящие волокна и магнитоупругую плёнку.
В ходе исследования учёные сообщили, что постукивание рукой по небольшому образцу магнитоупругого текстильного блока зарядило конденсатор ёмкостью 0,22 микрофарад до 5,8 вольт за 1,5 секунды. Это эквивалентно заряду, который можно увидеть в крошечном времязадающем или фильтрующем конденсаторе маломощного сенсорного узла. Для питания смартфона этого слишком мало, но демонстрация доказывает: даже маленький кусок материала способен собирать энергию. Учёные уже показывали, что магнитоупругие устройства могут генерировать электричество из движений тела, звука и других механических воздействий, однако новое исследование масштабировало эту концепцию до крупных тканевых систем.
В первую очередь создатели envisage использовать палатку там, где электричество ограничено, ненадёжно или недоступно и даже скромная выработка энергии может иметь значение, питая светодиодные лампы, заряжая телефон или запуская небольшой обогреватель. Исследователи также представили конструкцию как ответ на непрактичность существующих переносных укрытий: им часто нужно питание, но генераторы требуют топлива, батареи добавляют вес и обслуживание, а солнечные панели зависят от света. В отличие от солнечной установки, палатке не нужно яркое солнце — ветер, перемещение и обычное движение могут вносить вклад в выработку энергии, а значит, система продолжит собирать электричество даже в тени или после наступления темноты, пока ткань продолжает изгибаться.
Учёные подчеркнули, что технология не предназначена для питания энергоёмких приборов, а нацелена на маломощную электронику — не на микроволновки или электроинструменты. В этом смысле в нынешнем виде палатка является дополнительным источником энергии, а не заменой электросети или мощного аккумулятора. Остаётся множество вопросов о долговечности палатки: в будущих исследованиях учёным предстоит доказать, сколько электричества она сможет производить в реальных условиях, насколько прочным останется текстиль после многократных складываний и погодных воздействий и можно ли наладить недорогое массовое производство. Но, по их словам, этот прототип показывает: однажды скромное укрытие сможет не только защищать человека от дождя.
Источники:
Материал подготовлен на основе исследования, опубликованного 31 июля в журнале Matter, данных о магнитоупругом эффекте, впервые описанном Эмилио Виллари в 1865 году, а также информации о предшествующих работах по сбору энергии из движений тела и звука.
