Tehnologija, opisana u radu objavljenom u časopisu Nature Communications, inspiraciju crpi iz mikro mreža u zajednici. I baš kao što gradska mikro mreža integrira niz lokalnih, obnovljivih izvora energije poput vjetra i sunca, tako i nosiva mikro mreža integrira uređaje koji lokalno sakupljaju i skladište energiju iz različitih dijelova tijela, poput znoja i kretanja.

Energija iz znoja i pokreta

Nosiva mikro mreža izgrađena je od kombinacije fleksibilnih elektroničkih dijelova koje je razvio Nanobioelectronics, zaapravo tim profesora nanoinženjeringa Sveučilišta u San Diegu. Svaki dio se sitotiskom nanosi na odjeću i optimizira za prikupljanje energije.

Stanice koje sakupljaju energiju iz znoja našivene su na prednji dio majice, a uređaji koji energiju iz pokreta pretvaraju u električnu energiju, takozvani triboelektrični generatori, postavljeni su na podlakticama i blizu struka. Energiju prikupljaju iz pokretima ruku tijekom hodanja ili trčanja. Superkondenzatori na prsima privremeno pohranjuju energiju oba uređaja, a zatim je koriste za napajanje male elektronike.

Prikupljanje energije i iz pokreta i iz znoja omogućuje nosivoj mikro mreži da brzo i kontinuirano napaja uređaje. Triboelektrični generatori daju snagu čim se korisnik počne kretati, prije nego što se oznoje. Jednom kada se korisnik počne znojiti, počinje napajanje biogorivom koje ne prestaje i nakon što se korisnik prestane kretati.

Ova se dva načina nadopunjuju i sinergijski omogućavaju brzo pokretanje i kontinuirano napajanje. Cijeli sustav pokreće se dva puta brže nego što bi to činio uz pomoć samo biogoriva i traje tri puta dulje no što bi to omogućavali sami triboelektrični generatori.

Nosiva mikromreža testirana je tijekom 30-minutnih sesija koje su se sastojale od 10 minuta vježbanja na biciklističkom stroju ili trčanja, nakon čega je slijedilo 20 minuta odmora. Sustav je mogao napajati LCD ručni sat ili mali zaslon tijekom svake sesije.

Više od zbroja dijelova

Enzimi u biogorivu potiču zamjenu elektrona između molekula laktata i kisika u ljudskom znoju kako bi stvorili električnu energiju. Nosivi uređaji za prikupljanje znoja osmišljeni su još 2013. Koncept je potom tehnički dotjerivan kako bi bio dovoljno rastezljiv za komotno nošenje i dovoljno moćan za pokretanje male elektronike.

Triboelektrični generatori izrađeni su pak od negativno nabijenog materijala na podlakticama i pozitivno nabijenog materijala na bočnim stranama trupa. Kako se ruke prilikom kretanja trljaju o trup, suprotno nabijeni materijali taru se i stvaraju električnu energiju.

Svaki nosivi uređaj ima drugačiju vrstu napajanja. Stanice biogoriva daju kontinuirani niski napon, dok triboelektrični generatori daju impulse visokog napona. Kako bi sustav mogao napajati uređaje, te različite napone treba kombinirati i regulirati u stabilni napon.

Tu u igru ulaze superkondenzatori; oni djeluju kao spremnik koji privremeno pohranjuje energiju iz oba izvora energije i može je prazniti po potrebi.

Otporan na gužvanje i pranje

Autori ovaj koncept uspoređuju s vodoopskrbnim sustavom. Stanice biogoriva su slavina iz koje voda laganu curi, triboelektrični generatori crijevo iz kojeg voda izlazi u velikom mlazu. Superkondenzatori su pak spremnik iz kojeg možete sipati vodu kad vam zatreba.

Svi su dijelovi povezani fleksibilnim srebrnim nitima, izoliranim vodonepropusnim premazom. Ovaj sustav otporan je na savijanje, gužvanje i pranje u vodi, sve dok se ne koristi deterdžent. Istraživači već rade na drugom dizajnu odjeće koja prikuplja energiju i dok korisnik sjedi ili se polagano kreće, bez žustrih pokreta.