在《华尔街日报》最近发表的一篇文章ACS应用能源材料亚博网站下载,研究人员讨论了人类的收获和应用动能。
研究:人类动能收集和应用程序的概述。图片来源:Kotin / Shutterstock.com
背景
许多不同类型的传感器是用于可穿戴电子产品,通常包含在可穿戴设备是由锂电池。未来分布式传感的人体和服装,另一方面,将需要分布式micro-nano-energy。
人类的运动可以不断产生能量可以聚集力量可穿戴设备和分散的传感器。在最近的一项研究中,人体的不同区域对应于不同的发电系统和不同的应用程序对应于不同用途的发电。
关于这项研究
在这项研究中,作者讨论了压电,电磁,人类运动和摩擦电能量收集技术,如肢体摆动,关节旋转力应用,器官运动,和折叠伸展。许多新建议人类能源的优缺点矿车也比较和研究。潜在应用的传感和可穿戴电子设备由人体动能收获也进行了讨论。
研究人员提供人类能量的概念和信息交换中心基于能量收获未来的视角。本文总结了人类动能收获技术以及提出发电方法和结构。
迫使应用程序描述的团队,联合旋转、折叠和拉伸,肢体,和器官运动人体的五种类型运动能量。
观察
行走时的能量收割机可以创建4.5 mW 7公里/小时的速度。这种自供电无线传感器网络(WSN)操作时间为2.0±0.1。四百八十二测量可以从传感器中提取每隔10 ms,和所有数据传输到基站在4米的距离。
小型独立的动能impact-based杂化王中林教授(MFKI HNG)中使用的无线温度传感器,可以连续运行超过70秒后只有6秒钟的激发。75%应变下,聚氧化乙烯/水性聚氨酯/植酸(PWP)复合材料系统地调整,和相应的单电极设备可以给2.3 Wm的功率密度2。
磁弹簧的支持下,圆柱形磁体阵列在低频率引起了共鸣。4.3兆瓦的功率输出实现了从0.5 g加速度在5.5赫兹,这与4.1毫米振幅。重量仅为307克一个收割机可以创建1.60兆瓦的电力。能量收割机可能提供一个平均功率的8.8 mW 5赫兹激发振动和负载电阻的104.7Ω。
电磁方法获取最有利的能量从关节弯曲和旋转。因为输出功率是成正比的速度切割磁感应线,加速结构能量收割机的设计至关重要。压电的方法是最方便的获取能源的惯性肢体摆动因为惯性冲击能量更容易收获从压电谐振器设备。
灵活的摩擦电或压电技术更适合更灵活的手指推。生成的电能可以使用作为一个活跃的传感器信号如果是正比于人类的动作和状态。
结合刚度和灵活性达到混合发电可能是一个人类动能收获未来的趋势。可穿戴设备“主动传感和电源完成他们独特的功能。小信号分辨率、巨大的线性范围、高可靠性、适应性,主动传感和生物相容性是关键要求。供电设备的一代的权力是为了有效地提高功率密度和管理能力。
结论
总之,该研究阐明,电源由摩擦电材料只能作为一个活跃的传感信号由于有限的人体区域,和另一个模块的自备的节点传感器仍然取决于电磁和压电发电结构刚性。
作者提到如果电磁波无线传输的能源效率低,电缆连接仍然是一个可行的选择。与灵活的皮肤,促进电子和服装可以装饰有电线和其他5克电气连接器,允许发送信息和能量在整个人体。他们也相信,应用场景的扩张和多元化的传感功能可能是未来的发展趋势。
团队建议收集的传感器数据可能是发电和能源存储节点,可以融合和简化使用智能算法。
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源
王,L。范,Z。气,Y。,等。人类动能收集和应用程序的概述。ACS应用能源材料(2022)。亚博网站下载https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.2c00703
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