Kinetic energy-harvesting skor ett steg mot laddning av mobila enheter på farten

Anonim

Kinetic energy-harvesting skor ett steg mot laddning av mobila enheter på farten

Energi

Nick Lavars

12 februari 2016

3 bilder

Energihöftskor kan användas för att driva mobila enheter via en laddningskabel, vara anpassad för militären eller fungera som en kraftkälla för personer i avlägsna områden (Kredit: UW-Madison College of Engineering)

Genom energi skördar kakel, ryggsäckar och innersulor har det varit mycket prat om att utnyttja vår kinetiska energi för att driva mobila enheter och annan elektronik. Ett forskargrupp hävdar att det har gjorts ett stort genombrott i kollektiva ansträngningar för att göra mänsklig rörelse till användbar energi, utveckla en ny metod för att producera användbara mängder elektricitet från våra fotspår.

"Mänsklig gång bär mycket energi, " säger professor i maskinteknik vid universitetet i Wisconsin-Madison, tom krupenkin. "Teoretiska uppskattningar visar att det kan producera upp till 10 watt per sko och den energin är bara bortkastad som värme. Totalt 20 watt från att gå är inte en liten sak, speciellt i förhållande till kraven i flertalet moderna mobila enheter. "

Men att dra nytta av användbar energi från dessa teoretiska beräkningar skulle innebära ett antal utmaningar för Krupenkin och hans lag. Att utesluta en skördsteknik som var praktisk för "relativt små förskjutningar och stora fall av fotfall", vilket i sin tur gjorde kraftproducerande skor en lönsam möjlighet, har hittills varit ett svåraktigt mål, trots löftet om enheter som PediPower-sko bilaga.

"Så vi har utvecklat nya metoder för att direkt konvertera mekanisk rörelse till elektrisk energi som är lämpliga för denna typ av applikation, säger Krupenkin.

Omvänd elektromagnetisering är en teknik som utvecklats av Krupenkin som ett nytt tillvägagångssätt för mekanisk mekanisk skörd med hög effekt. Det innebär en ledande vätska som samverkar med en nanofilmbelagd yta för att producera elektrisk energi. Han publicerade ett papper under 2011 som rapporterade sin förmåga att producera höga kraftdensiteter från en rad mekaniska krafter, men det finns en försorg: det kräver en energikälla med en rimlig hög frekvens, högre än den som produceras av mänsklig rörelse.

Så forskarna kombinerade omvänt elektromagnetisering med en ny enhet kallade en bubbler i ett försök att överbrygga gapet. Bubblaren innehåller inga rörliga mekaniska delar, men består av två plana plattor med en ledande vätska däremellan. I bottenplattan tillåter små hål att trycksatt gas kommer in, vilket i sin tur bildar bubblor. Dessa växer i storlek tills de kommer i kontakt med topplattan och brista. Den snabba, pågående produktionen och sprängningen av bubblor tvättar den ledande vätskan fram och tillbaka för att generera en elektrisk laddning.

Forskarna säger att den här metoden kan producera mycket watt i förhållande till generatorns yta, med att provkonceptet genererar cirka 10 watt per kvadratmeter i tidiga experiment. De hävdar att teoretiska uppskattningar visar att upp till 10 kW kan vara möjlig. Skorna kan användas för att driva mobila enheter via en laddningskabel, vara anpassad för militären, eller fungera som en strömkälla för människor i avlägsna områden och utvecklingsländer.

"Bubblaren skiner verkligen på att producera höga kraftdensiteter, " säger Krupenkin. "För denna typ av mekanisk energi skörd har bubblaren ett löfte att uppnå den högsta effektdensiteten som någonsin visat sig. "

Krupenkin och J. Ashley Taylor, seniorforskare i UW-Madisons maskintekniska avdelning, har skapat ett startföretag som heter InStep NanoPower och söker industripartner för att kommersialisera tekniken. De har redan samarbetat med Vibram i att utveckla en demonstratörsko med energislagstekniken inbäddad i sulan.

Du kan höra från Krupenkin i den första videon nedan, medan den andra visar att han går för att driva en LED-ficklampa. Lagets forskning publicerades i tidskriften Scientific Reports.

Källa: University of Wisconsin-Madison

Forskarna kombinerade omvänd elektromagnetisering med en ny enhet kallad en bubbler (Kredit: UW-Madison College of Engineering)

Energihöftskor kan användas för att driva mobila enheter via en laddningskabel, vara anpassad för militären eller fungera som en kraftkälla för personer i avlägsna områden (Kredit: UW-Madison College of Engineering)

J. Ashley Taylor (vänster) och Tom Krupenkin hävdar att de har gjort ett stort genombrott i kollektiva ansträngningar för att göra mänsklig rörelse till användbar energi (Kredit: UW-Madison College of Engineering)