Smartwatch, który ładuje się wyłącznie dzięki ciepłocie ciała? To może brzmieć jak rozwiązanie rodem z filmu typu sci-fi, aczkolwiek od lat działa na wyobraźnię naukowców. Dotąd taka wizja była raczej ciekawostką, ale w tym temacie sporo zmieniło się dzięki badaniom przeprowadzonym w Korei Południowej.
Najnowsze dokonania zespołu z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Ulsan pokazują, że idea smartwatcha ładowanego poprzez ludzkie ciało może niebawem nabrać realnych kształtów. Naukowcy kierowani przez profesora Jang Sung Yeona stworzyli cienką folię, która potrafi przekształcać niewielką różnicę temperatur między skórą a powietrzem w energię elektryczną. To właśnie tego typu elementy mogą pewnego dnia zasilać inteligentne urządzenia bez potrzeby stosowania tradycyjnych baterii.
Kluczowe w ich pracy było opracowanie dwóch nowych materiałów jonowych. Jeden działa jako materiał typu p, drugi jako n. Oba są elastycznymi polimerami, które można formować w cienkie, lekkie struktury. Typ p powstał na bazie popularnego polimeru PEDOT:PSS, natomiast typ n zbudowano z jego zmodyfikowanej wersji wzbogaconej chlorkiem miedzi. Najciekawsze jest jednak to, że uzyskane wartości współczynnika ZTi pobiły dotychczasowe rekordy. Materiał typu p osiągnął wartość 49,5, a typu n 32,2. W praktyce oznacza to, że potrafią one generować energię przy bardzo małych różnicach temperatur, co jest niezbędne w urządzeniach noszonych na skórze.
Smartwatche sportowe w naszej ofercie:
Na czym miałoby polegać ładowanie smartwatcha poprzez skórę człowieka?
Zasada działania takich materiałów jest prosta, choć stoi za nią skomplikowana chemia. Gdy jedna strona materiału jest cieplejsza, a druga chłodniejsza, jony zaczynają przemieszczać się w stronę chłodniejszego obszaru. To przemieszczanie się tworzy napięcie. W materiałach typu p odpowiadają za to jony dodatnie, a w typie n jony ujemne. Kiedy połączy się te dwa typy w pary, można budować moduły wytwarzające prąd.
Zespół stworzył taki moduł z dziesięciu par materiałów i uzyskał napięcie 1,03 wolta na każdy stopień różnicy temperatur. Do zapalenia diody LED wystarczyła różnica półtora stopnia. Co ważne, folia działała stabilnie przez ponad dwa miesiące, tracąc zaledwie niewielką część swojej wydajności, choć była cały czas wystawiona na warunki panujące w pomieszczeniu.
Ta technologia musiała pokonać wiele problemów
Naukowcy przyznają, że wcześniej trudno było poprawiać parametry takich materiałów, bo brakowało jasnych zasad projektowania. Samo zwiększanie stężenia jonów nie zawsze pomaga, ponieważ ich nadmiar zaczyna blokować przepływ. W efekcie materiał, który miał działać szybciej, działał wolniej.
W tym projekcie badacze analizowali równocześnie koncentrację jonów i ich możliwość przemieszczania się wewnątrz materiału. Zestawili to z budową polimerów i sposobem, w jaki dodatki wpływają na ruch jonów. Dzięki temu mogli znaleźć punkt, w którym całość pracuje najwydajniej.
Nadchodzi rewolucja na rynku smartwatchy?
Jak podkreśla profesor Jang, nowy materiał można bez problemu dopasować do ciała, bo jest cienki, lekki i dobrze znosi zginanie. Takie właściwości sprawiają, że nadaje się nie tylko do przyszłych zegarków, które nie będą potrzebowały tradycyjnej baterii. Mógłby sprawdzić się bowiem także w czujnikach umieszczanych w miejscach, gdzie stale występuje różnica temperatur, choćby o kilka stopni.
Jeśli technologia będzie dalej rozwijana, może otworzyć drogę do urządzeń, które ładują się same, kiedy tylko są noszone lub pracują w naturalnym środowisku użytkownika. Dzięki temu codzienne sprzęty mogłyby działać dłużej, wymagać rzadszego serwisowania i być bardziej przyjazne dla środowiska. Ponadto brak konieczności zastosowania ładowarek do smartwatchy pozytywnie wpłynąłby na wygodę użytkowania samych urządzeń.
