Kinetic Energy Harvesting nedir?

Kinetik enerji hareket ederek üretilen mekanik enerjiyi yakalar ve onu insan hareketinden elde edebilir. Konsept temel fizik üzerine inşa eder: herhangi bir hareketli nesne elektromanyetik indüksiyon, pastazoelektrik etkileri veya elektrostatik indüksiyon yoluyla dönüştürülemez.In giyilebilir teknoloji, bu ilke, insan hareketinden enerji scavenge enerjilerini scavengeye veya hatta yorucu bataryalara veya hatta dışsal enerjiye güvenmeksizin.

Örneğin, kinetik hasatçıların verimliliği mekanizma ve aktivite ile değişir. Örneğin, bir brisk yürüyüşü, hasat tasarımı ve ayak grev kuvvetine bağlı olarak 1-10 miliwatt üretebilir.Bir telefondan doğrudan şarj etmek için yeterli olmasa da, bu enerji birkaç saat boyunca küçük bir batarya veya süper kapasiteye sahip olabilir. Araştırmacılar ağır yürüyüşe kadar 250 miliwatta kadar ağır bir yürüyüşe kadar, düşük bir fitness sensörüne veya aşınmaya yetecek kadar.

Akıllı Ayak giyiminde Kinetik Nasıl Çalışılır

Akıllı ayakkabılar tek başına bir veya daha fazla enerji dönüşüm teknolojileri içeriyor, heel veya katın içine entegre edildiğinde, koruyucu bir enerji her adımla, mekanik stres veya yerinden edilme bir USB-C veya kablosuz şarj portu ile yeniden yapılandırılır ve ayakkabıya entegre edilir veya küçük bir dış modüle entegre edilir.

Core Energy Harvesting Technologies

  • [FONT=0]Piezoelektrik malzemeler[Dönetici:0) Elektrik şarjı, akıllı ayakkabı, esnek pastazoelektrik filmlerinde veya fiberler tek başına gömülüdür. Her ayak izi materyali sıkıştırır, binlerce adım daha fazla ekler; yazdırılır ve pürüzsüz devre devreler gerektirir.
  • [FONT:0]Electromans jeneratörleri [Döneticileri [Döneticileri], her adımda, magnet şu anda anahtarlama teknolojiye göre hareket edebilir, yüksek güç seviyeleri (10-100 mW) ancak ağırlık ve toplu taşımayı sağlar. Bazı tasarımları hem de hareket etmek için bir pendulumu veya bir yolu kullanabilir.
  • [FONT:0)Triboelektrik nanojeneratörleri (TENG)[Dönetici:0) temasa geçmek için kullanılır.İkiyüzlülük ve elektrostatik indüksiyon.Örneğin, silikon bazlı bir film ve iletken bir kumaş - tekrarlanan bir dış devre ile akışlar. TENGs yumuşak, ince ve esnek, ayak uydurulur.

Hibrit Yaklaşımlar

Birçok yeni prototip, daha geniş bir hareket hızlarını ve ayak baskılarını örtmek için iki veya daha fazla hasat yöntemi birleştirir. Örneğin, bir ayakkabı ilk batarya olmadan küçük bir IoT sensörünü korumak için yeterli olabilir.

Uygulamaları ve Gerçek Dünya Örnekleri

Kinetic enerji hasat ayakkabısı akademik laboratuvarlardan ticari pilot programlarına taşındı. Bir belirgin örnek şu:0)SolePower), gelişmiş bir iş botları ve tümleşik elektromanyetik jeneratörlerle donatılmış bir başlangıç, prototipleri, Utah Üniversitesi'nde yaklaşık sekiz saat sonra bir akıllı telefon şarj edebilir.

Tüketicinin aşınması dışında, kinetik akıllı ayakkabı uzaktan alanlarda pratik kullanımlara sahiptir veya güvenilir erişime sahip olan alan işçiler için güç sahibi olabilir.Bir dizi kendini kovalama botları uzun değişim sırasında çalışan bir yürüyüşçü tutabilir veya tıbbi sensör de spor analitiklerinde uygulamaları keşfeder: baskı sensörlerinin yanı sıra, ayakkabının her iki gücü de kendi başına ve gerçek zamanlı bir antrenöre gerçek zamanlı olarak verebilir.

Kinetic Energy Harvesting in Footwear

  • [FONT:0)Sürekli, kapalı-grid gücü) - Tek kullanımlık bataryalara ve çıkışlara güvenmeye ve çıkışlara güvenmeye ihtiyaç duyar.Günde gelenler veya yürüyüşçüler için, sıradan adımlar sırasındaki bir ayakkabının rahatlığı önemlidir.
  • [FONT:0)Environmental etkisi[[DÜT:1) – Daha az tek kullanımlık bataryalar, yaygın olarak kabul edilirse, kinetik ayakkabı yılda milyonlarca alkali bataryayı kesebilir.
  • [FONT:0]Sağlık ve aktivite teşvikleri[[Dönetici: 1 ) - Adımlarını üreten kullanıcılar daha fazla yürümek için motive edilebilir. Bazı araştırma prototipleri bir akıllı uygulama üzerinde “enerji hasat etti”, fiziksel aktivite.
  • [FONT:0) Diğer giyilebilirlerle Integration with other wearables) – Enerji temizleme ayakkabıları, vücut ağına sürekli bir güç kaynağı olarak hizmet edebilir: akıllıwatch, sağlık ya da bir tıbbi implant. Bu, birden fazla şarj kabloları için ihtiyacı ortadan kaldırır ve cihazı azaltır.

Meydanlar ve Sınırlar

Açık söze rağmen, ayakkabıda kinetik enerji hasat çeşitli engellerle karşı karşıyadır.

  • [FONT:0) Enerji yoğunluğu[[DÜT:1) - İnsan hareketi, 1.-10 Mekanik güç sağlar, ancak hasatçiler sadece bir kesik için en uygun bir akıllı telefon (10 Wh batarya) bir günde, bir ayakkabının -400 mW ortalamasını teslim etmesi gerekir - şu anda en fazla prototip için 10-50 mW.
  • [FONT:0) Kullanılabilirlik ve konfor[[Dönetici: 1) - Ayakkabılar tekrarlanan flexing, nem, sıcaklık sallanır ve kir. Harvesters başarısızlık olmadan 500.000 ila 1 milyon adım hayatta kalmalıdır, hafif ve lekesiz seramikler sık sık sık sık sık sık sık sık kırılır; yeni esnek polimerler ve koruyucu capsulation yardımcı olur, ancak karmaşıklık ekleyin.
  • [FONT:0]Cost[[Döneticileri güç yönetimi elektronikleriyle bütünleştirerek üretim maliyetlerini arttırır.Mevcut deneysel ayakkabılar çift başına yüzlerce dolara mal olur. Kitle üretimi ve daha basit tasarımları ana seviyelere fiyatlar getirebilir, ancak bu noktaya ulaşmak üretim ölçeğinde yatırım gerektirir.
  • [FONT:0] Kullanıcı kabulü[[Dönetici:0) Kullanıcı kabulü[Dönetici:0) - Ekstra bileşenler ayakkabıyı biraz daha ağır veya sert hale getirebilir, rahatlık etkileyen. Birçok giyilebilir kullanıcı, şarj yeteneği için doğal yürüyüşten çıkmak için istekli değildir. neredeyse görünmez ve ağırlık-neutral olan tasarımcılar devam eden bir hedeftir.

Future Yol

Araştırma ve geliştirme bu engelleri aşmak için birden çok cephede devam ediyor.

  • [FONT:0) İleri malzemeler[DÜT:1) - Yeni pastazoelektrik polimerleri (örneğin, poliurea, PVDF-TrFE) esneklik ve gelişmiş yorgunluk yaşamı sunar. Triboelektrik malzemeleri yüksek şarj yoğunluğu ve öz-gerçekleştirme özellikleri test edilir.
  • [FONT=0)Enerji yönetimi devreleri[Döneticileri ve maksimum güç değiştiricileri, değişken ayak grevlerinden daha fazla enerji alabilir. “enerji hasat eden bütün devreler” (EH-ICs) ultra düşük gerilim sinyalleri 3 V'nin üzerinde stabil bir çıktıya dönüştürür, onları lityum-iyon şarj etmek için pratik yapabilir.
  • [FONT:0) Güç tahmini için önemli istihbarat[Dönetici:0)) - Boşluk desenlerini analiz eden makine öğrenme modelleri hala 20-30% ile net veri artırma konusunda söz verebilir.
  • [FONT:0) Akıllı kumaşlar ve enerji depolama ile ilgili olarak (FLT:1) - Bir sonraki akıllı ayakkabı, tekstil üstlerine doğrudan hasat edebilir, yapısal katmanlar olarak çiftleşen iletken ipler ve esnek süper kapasiteciler kullanarak.Böyle bir yaklaşım enerji sisteminin tüm ayakkabı bölümünü ortadan kaldırabilir.
  • [FONT:0)Standartized şarj protokolleri[Dönetici 1] – Endüstri konsorsiyumları, herhangi bir kinetik-harvestinge ortak bir arayüz üzerinden kablosuz şarj cihazlarına ayakkabı izin veren bir “işlevsel bir güç otobüsü” keşfediyorlar.

Dış araştırmalar:0Doğasal Raporlar [Dönetici:2) Bilim Hedefleri) Değişmiş TENGT ve hibrit jeneratörler, endüstri grupları gibi son gelişmeler) giyilebilir teknoloji hakkında rapor verir[FLT: 5 )

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Akıllı ayakkabıda elde edilen Kinetic enerji, sürekli cihaz şarjı için uygun bir teknoloji haline geldi ve elektrike dönüştürerek, bu ayakkabıların düşük enerjili aşınmalarını, batarya atıklarını azaltıp daha aktif bir yaşam tarzı haline gelmesini bekleyebiliriz.Mevcut enerji çıktıları mütevazı ve dayanıklılık zorluklarıdır, maliyet ve rahatlık kalır, malzemelerdeki hızlı ilerlemeler, elektrikle çalışır ve üretim boşluğu kapatabilir. Önümüzdeki beş ila on yıl içinde, kendi kendine dokunaklı ayakkabıları bekleyebiliriz.