Сборщик энергии от окружающего звука

Содержание

Сборщики энергии окружающей среды обеспечивают безбатарейное питание беспроводных датчиков

Linear Technology LTC3588-1

Jim Drew, Linear Technology

Design Note 483

Введение

Последние достижения в области микроконтроллеров с ультранизким потреблением мощности позволили создать устройства с беспрецедентными соотношениями уровней интеграции и потребления. Это системы на кристалле с уникальными функциями энергосбережения, такими как отключение питания для перевода устройства в неактивный режим. К сожалению, батареи требуют регулярной замены, что делает техническое обслуживание проекта дорогим и неудобным. Более эффективным решением для питания беспроводных устройств может быть сбор механической, тепловой или электромагнитной энергии из среды, окружающей датчик.

Показанная на Рисунке 1 микросхема LTC3588-1 представляет собой законченное решение для сбора энергии, оптимизированное для высокоимпедансных источников, таких, например, как пьезоэлектрические преобразователи. Микросхема содержит полномостовой выпрямитель с низкими потерями и высокоэффективный синхронный понижающий преобразователь, передающий энергию от входного накопительного устройства на регулируемый выход и способный отдавать в нагрузку ток до 100 мА. LTC3588-1 выпускается в 10-выводных корпусах MSE или DFN размером 3 мм × 3 мм.

Рисунок 1.Законченное решение для сбора энергии, оптимизированное
для таких высокоимпедансных источников, как
пьезоэлектрические преобразователи.

Источники окружающей энергии

К источникам окружающей энергии относятся свет, разность температур, вибрация, передаваемые радиочастотные сигналы и все другое, что способно с помощью соответствующего преобразователя вырабатывать электрический заряд. Например:

  • Небольшие солнечные панели, уже долгие годы питающие портативные электронные устройства, могут отдавать сотни мВт/см 2 при прямом солнечном освещении и сотни мкВт/см 2 при отраженном свете.
  • Термоэлектрические устройства преобразуют тепловую энергию в электрическую везде, где имеется градиент температур. Диапазон источников тепловой энергии варьируется от человеческого тела, способного производить десятки мкВт/см 2 , до вытяжной трубы печи, температура поверхности которой может обеспечить мощность до десятков мВт/см 2 .
  • Пьезоэлектрические устройства вырабатывают энергию либо при их сжатии, либо при изгибе. Пьезоэлементы, в зависимости от размеров и конструкции, могут вырабатывать мощность до сотен мкВт/см 2 .
  • Радиочастотную энергию можно собирать с помощью антенны, получая до сотен пВт/см 2 .

Для успешного конструирования полностью автономных систем беспроводных датчиков требуются энергосберегающие микроконтроллеры и преобразователи, потребляющие минимальную электрическую энергию, получаемую из маломощных окружающих источников. Теперь, когда доступны и те, и другие, недостающим звеном остается высокоэффективная схема, способная превращать выходную энергию преобразователя в полезное напряжение.

Рисунок 2.Компоненты системы сбора энергии.

На Рисунке 2 изображена система сбора энергии, содержащая источник/преобразователь энергии, элемент накопления энергии и средства преобразования накопленной энергии в полезное стабилизированное напряжение. В некоторых случаях между преобразователем и накопительным элементом может потребоваться выпрямитель для защиты преобразователя от обратного поступления энергии, или, в случае использования пьезоэлектрического устройства, для выпрямления переменного напряжения.

Примеры практических схем

Для нормальной работы LTC3588-1 необходимо, чтобы выходное напряжение преобразователя энергии было выше предельного порога блокировки при пониженном напряжении для конкретного выходного напряжения, установленного на входных контактах D0 и D1. Для переноса максимального количества энергии напряжение холостого хода преобразователя должно вдвое превышать входное рабочее напряжение, а ток короткого замыкания должен вдвое превышать требуемый входной ток. Для того, чтобы подача энергии на выход не прерывалась, эти требования должны выполняться при минимальной мощности возбуждения источника.

Пьезоэлектрический преобразователь энергии

На Рисунке 3 изображена пьезоэлектрическая система, способная при размещении ее на пути воздушного потока вырабатывать до 100 мкВт при напряжении 3.3 В. Изгиб пьезоэлемента составляет 0.5 см при частоте 50 Гц.

Рисунок 3.Пьезоэлектрический сборщик энергии.

Термоэлектрический преобразователь энергии

На Рисунке 4 показана система сбора энергии, использующая термоэлектрический генератор, выпускаемый фирмой Tellurex. Разность температур создает выходное напряжение, позволяющее обеспечивать выходную нагрузку мощностью 300 мВт. Подключение преобразователя к входу PZ1 защищает его от протекания обратных токов, идущих из термогенератора при удалении источника тепла. Резистор 100 Ом ограничивает ток для защиты входного моста микросхемы LTC3588-1.

Рисунок 4.Термоэлектрической сборщик энергии.

Сбор энергии из электромагнитного поля, создаваемого стандартной люминесцентной лампой

Это приложение требует некоторого нестандартного подхода. Рисунок 5 демонстрирует пример системы, собирающей энергию из электрического поля, окружающего высоковольтные люминесцентные лампы. Две медных панели размером 30 см × 60 см размещаются в 15 см от потолочного люминесцентного светильника площадью 0.6 м × 1.2 м. Через емкостную связь панели извлекают из окружающих электрических полей мощность до 200 мкВ, а LTC3588-1 преобразует ее в стабилизированное выходное напряжение.

Рисунок 5.Сборщик энергии электрического поля.

Заключение

Собирая энергию из окружающей среды, LTC3588-1 обеспечивает удаленные датчики безбатарейным питанием. Микросхема содержит все важнейшие блоки, необходимые для управления питанием: мостовой выпрямитель с малыми потерями, высокоэффективный понижающий регулятор, детектор пониженного напряжения, включающий и выключающий преобразователь, и выход статусного сигнала PGOOD («Питание в норме»), позволяющий пробуждать микроконтроллер при доступности питания. Для поддержки нагрузок с током до 100 мА LTC3588-1 требуется всего пять внешних компонентов.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Сборщик энергии от окружающего звука

—->

Авиабилеты и отели
Регистрация на сайте
Авторизация

Реклама

Важные темы
Работа Дмитрия Медведева над «ошибками» страны.
Управление, как реальность: кое-что о Фурсенко, образовании.
Новые реалии методологии управления
Алекс Зес: Тезисы управления
США:У нас мало времени! Час расплаты близок!
Л.Ларуш: Америка рухнет первой. “Мы входим в период бунтов”
Теоретическая география

ОКО ПЛАНЕТЫ » Наука и техника » Теории и гипотезы » Новые идеи сбора энергии из окружающей среды

» Новые идеи сбора энергии из окружающей среды
23-04-2013, 11:35 | Наука и техника / Теории и гипотезы | разместил: VP | комментариев: (0) | просмотров: (4 027)

В русле набирающей обороты идеи постоянно носимых на себе компьютеров регулярно возникают новые концепции сбора и хранения энергии, которая призвана питать эти крошечные вычислительные устройства.

Некоторые из этих идей были продемонстрированы на прошлой неделе в Берлине на выставке «Printed Electronics Europe 2013». Спектр концепций простирался от экспериментальных до практических. Представим вам несколько наиболее интересных идей.

Вы видите перед собой Сборщик вибрационной энергии (VEH) от компании «Perpetuum», который перевозился на выставке на модели игрушечного поезда.

VEH – это беспроводной сенсор, который прикрепляется к вращающимся компонентам – например подшипникам колёс поездов. Устройство одновременно измеряет и питается механическими вибрациями. Оно также измеряет температуру и по беспроводному каналу передаёт данные оператору поезда, что позволяет ему заметить малейшие нарушения в работе механизмов ещё на ранней стадии отказа.

Компания «Perpetuum» является частью финансируемого Евросоюзом консорциума «Wibrate», целью которого является внедрение такого рода самопитающихся технологий вибрационного мониторинга в различные промышленные системы.

Сходный же принцип используется в беспроводном переключателе от компании «Cherry».

Свет, который вы видите на этой картинке, может включаться беспроводным переключателем, который сам по себе не требует никакого внешнего источника питания: само нажатие на кнопку создаёт достаточно механической энергии, чтобы его активировать. Эта концепция более удобна и гибка по сравнению с обычными проводными переключателями.

Также не стоит сбрасывать со счетов старую добрую фотоэлектрическую технологию, которая скоро может оказаться встроенной в новое поколение умных тканей. Дело в том, что другой финансируемый Евросоюзом проект под названием «Powerweave» нацелен на создание двух разновидностей ткани – одной для сбора солнечной энергии и другой для её накопления – которые могут быть сплетены вместе для создания цельной самоподдерживающейся системы. Теоретически это можно использовать для питания мягких сенсоров внутри одежды, но у этой технологии есть много и гораздо более масштабных применений.

Основатель одной из компаний-членов консорциума «Ohmatex» Кристиан Дальсгаард объясняет, что целью проекта является создание ткани, способной генерировать 10 ватт энергии на квадратный метр. Как только эта цель будет достигнута, замечает он, «не будет предела, насколько большой можно будет сделать подобную ткань», и 100 квадратных метров такого материала в теории будут вырабатывать один киловатт электричества. Коммерческие же применения подобной технологии могут простираться от гибкого покрытия для крыш и тентов до нового поколения автономных воздушных шаров (в консорциум входит также компания-производитель аэростатов «Lindstrand»).

А что вы скажете о ткани, которая способна собирать энергию не из света, а из движения? Да, есть люди, которые работают и над этой технологией.

Правда, на текущий момент не решены проблемы с тем, что одежда из такой ткани несколько стесняет движения носителя. Плюс необходимо помнить, что любая гибкая электроника, встроенная в ткань одежды, должна не бояться воды и стирки.

И наконец, менее технически изощрённое, но всё же практически полезное решение – маленький гаджет под названием Clicc.

Эти крошечные солнечные панельки могут соединяться в маленькие блоки, способные сохранять запасённую энергию для зарядки мобильных девайсов – заряд будет не очень большим, но полезным в случае срочной необходимости. К сожалению, компания-разработчик гаджета «Sonnenrepublik» пока не представила устройство для выдачи этой накопленной энергии, но в целом это интересная идея.

В заключение следует сказать, что любые технологии, которые приближают нас к идеалу постоянной возобновимой энергии, безусловно, ценны и заслуживают максимального внимания.

Сборщик энергии от окружающего звука

Группа ученых из лондонского Университета Queen Mary University и компания Nokia совместно создали систему по сбору окружающей энергии, которая может заряжать мобильный телефон, используя посторонний шум, передает “Паяльник” .

В 2013 году доктор Джо Бриско (Joe Briscoe) и Стив Данн (Steve Dunn) из Школы инжиниринга и материаловедения QMUL обнаружили, что они могут улучшить производительность солнечных элементов, проигрывая популярную и рок музыку возле них.

Проводя дальнейшее исследование, совместная группа исследователей компании Nokia и QMUL работала над созданием наногенератора, который может использоваться для заряда мобильного телефона, используя окружающий фоновый шум, такой как шум от транспортных средств, музыка и наши собственные голоса.

Главный компонентом данного сборщика энергии является оксид цинка, который создает электрическое напряжение, когда он подвергается деформации. Оксид цинка формируется в наностержни и покрывает поверхность наногенератора.

Когда подобная поверхность сжимается или растягивается наностержни генерируют высокое напряжение.

Вибрации и перемещения наностержней, вызванные воздействием звука, также позволяют генерировать напряжение. Данное электричество собирается электрическими контактами по обеим сторонам стрежней.

Исследователи нашли способ снизить затраты на изготовление наногенераторов, разработав технологический процесс распыления слоя оксида цинка на лист пластмассы. После того, как данный лист подвергается воздействию химических веществ и нагревается, наностержни наращиваются на поверхности листа.

Группа исследователей также заменила золото на алюминиевую фольгу, которая используются в качестве электрического контакта.

Завершенное устройство генерирует напряжение 5В, что достаточно для полного заряда мобильного телефона.

Читайте также последние новости электроники

В настоящее время при создании квантовых, нейроморфных и прочих подобных систем достаточно широко используются сверхпроводники, материалы, имеющие нулевое электрическое сопротивление при низких температурах.

Исследователи из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) создали крошечный инфракрасный спектрометр, размеры которого позволяют уместить его на кристалле полупроводникового чипа, и который, тем не менее, “обеспечивает массу интересных возможностей”.

Компания Xilinx, один из ведущих производителей чипов программируемой логики (FPGA), побила собственный рекорд, выпустив новый чип под названием Virtex Ultrascale+ VU19P.

Инженеры из Массачусетского технологического института и специалисты известной компании Analog Devices совместными усилиями создали первый полностью программируемый 16-разрядный микропроцессор на углеродных нанотрубках.

Разработчики современных оптических устройств всеми силами пытаются сделать эти устройства все меньшими и меньшими.

Непосвященные люди считают, что электрический ток течет совершенно одинаково через одинаковые компоненты наших электронных устройств.

Ученые-физики из Стэнфордского университета создали устройство, которое можно назвать термином “квантовый микрофон”, чувствительность которого достаточно высока для того, чтобы при его помощи можно было измерить параметры отдельных звуковых частиц, называемых фононами.

В этом году компания Asus отмечает свою 30-ю годовщину и, поскольку эта компания в 1989 году начала свою деятельность именно с производства компьютерных материнских плат, она представила свое видение того, какими будут материнские платы следующих поколения спустя некоторое время.

Группа ученых, в которую входили Ральф Меркл (Ralph Merkle) и Роберт Фреитас (Robert Freitas), продемонстрировала, что при помощи нескольких базовых мироэлектромеханических компонентов может быть создана полноценная тьюринговая вычислительная система.

Технология редактирования генома CRISPR разрабатывалась изначально с целью обеспечения лечения и профилактики генетических заболеваний, но позже эта технология, превратившаяся в мощный инструмент, нашла применение и в некоторых других областях, включая синтетическую биологию.

Книги по электронике

Учебное пособие разработано на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по профессии 13.01.10 “Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования (по отраслям)”, укрупненная группа профессий 13.00.00 “Электро- и теплотехника”, входящей в список 50 наиболее востребованных на рынке труда, новых и перспективных профессий, требующих среднего профессионального образования.

Пособие предназначено для руководителей малых предприятий, осуществляющих ремонт бытовой техники или ремонт квартир по заказам населения. Приводятся основные требования в области охраны труда и обеспечения его безопасности в соответствии с действующими нормативными правовыми актами по охране труда и порядок их выполнения. Может использоваться.

Новые идеи сбора энергии из окружающей среды

В русле набирающей обороты идеи постоянно носимых на себе компьютеров регулярно возникают новые концепции сбора и хранения энергии, которая призвана питать эти крошечные вычислительные устройства.

Некоторые из этих идей были продемонстрированы на прошлой неделе в Берлине на выставке «Printed Electronics Europe 2013». Спектр концепций простирался от экспериментальных до практических. Представим вам несколько наиболее интересных идей.

Вы видите перед собой Сборщик вибрационной энергии (VEH) от компании «Perpetuum», который перевозился на выставке на модели игрушечного поезда.

VEH – это беспроводной сенсор, который прикрепляется к вращающимся компонентам – например подшипникам колёс поездов. Устройство одновременно измеряет и питается механическими вибрациями. Оно также измеряет температуру и по беспроводному каналу передаёт данные оператору поезда, что позволяет ему заметить малейшие нарушения в работе механизмов ещё на ранней стадии отказа.

Компания «Perpetuum» является частью финансируемого Евросоюзом консорциума «Wibrate», целью которого является внедрение такого рода самопитающихся технологий вибрационного мониторинга в различные промышленные системы.

Сходный же принцип используется в беспроводном переключателе от компании «Cherry».

Свет, который вы видите на этой картинке, может включаться беспроводным переключателем, который сам по себе не требует никакого внешнего источника питания: само нажатие на кнопку создаёт достаточно механической энергии, чтобы его активировать. Эта концепция более удобна и гибка по сравнению с обычными проводными переключателями.

Также не стоит сбрасывать со счетов старую добрую фотоэлектрическую технологию, которая скоро может оказаться встроенной в новое поколение умных тканей. Дело в том, что другой финансируемый Евросоюзом проект под названием «Powerweave» нацелен на создание двух разновидностей ткани – одной для сбора солнечной энергии и другой для её накопления – которые могут быть сплетены вместе для создания цельной самоподдерживающейся системы. Теоретически это можно использовать для питания мягких сенсоров внутри одежды, но у этой технологии есть много и гораздо более масштабных применений.

Основатель одной из компаний-членов консорциума «Ohmatex» Кристиан Дальсгаард объясняет, что целью проекта является создание ткани, способной генерировать 10 ватт энергии на квадратный метр. Как только эта цель будет достигнута, замечает он, «не будет предела, насколько большой можно будет сделать подобную ткань», и 100 квадратных метров такого материала в теории будут вырабатывать один киловатт электричества. Коммерческие же применения подобной технологии могут простираться от гибкого покрытия для крыш и тентов до нового поколения автономных воздушных шаров (в консорциум входит также компания-производитель аэростатов «Lindstrand»).

А что вы скажете о ткани, которая способна собирать энергию не из света, а из движения? Да, есть люди, которые работают и над этой технологией. Правда, на текущий момент не решены проблемы с тем, что одежда из такой ткани несколько стесняет движения носителя. Плюс необходимо помнить, что любая гибкая электроника, встроенная в ткань одежды, должна не бояться воды и стирки.

И наконец, менее технически изощрённое, но всё же практически полезное решение – маленький гаджет под названием Clicc.Эти крошечные солнечные панельки могут соединяться в маленькие блоки, способные сохранять запасённую энергию для зарядки мобильных девайсов – заряд будет не очень большим, но полезным в случае срочной необходимости. К сожалению, компания-разработчик гаджета «Sonnenrepublik» пока не представила устройство для выдачи этой накопленной энергии, но в целом это интересная идея.

В заключение следует сказать, что любые технологии, которые приближают нас к идеалу постоянной возобновимой энергии, безусловно, ценны и заслуживают максимального внимания.

10 невероятных научно-технических применений звука

Когда мы думаем о технологиях будущего, мы часто не замечаем поле, в котором происходят невероятные достижения: акустику. Звук на поверку оказывается одним из фундаментальных строительных блоков будущего. Наука использует его, чтобы творить невероятные вещи, и можете быть уверены, в будущем мы услышим и увидим намного больше.

Охлаждение

Эта система была разработана как более экологичная альтернатива современным холодильникам. В отличие от традиционных моделей, которые используют химические хладагенты в ущерб атмосфере, термоакустический холодильник отлично работает с инертными газами вроде гелия. Поскольку гелий просто покидает атмосферу, если вдруг оказывается в ней, новая технология будет экологичнее любой другой на рынке. По мере развития этой технологии, ее дизайнеры надеются, что термоакустические модели в конечном счете обойдут традиционные холодильники по всем пунктам.

Ультразвуковая сварка

Как и многие технологии, эта была обнаружена случайно. Роберт Солофф работал над ультразвуковой технологией герметизации и случайно коснулся зондом диспенсера скотча на столе. В итоге две части диспенсера спаялись вместе, а Солофф понял, что звуковые волны могут огибать углы и бока жесткого пластика, достигая внутренних частей. После открытия Солофф и его коллеги разработали и запатентовали метод ультразвуковой сварки.

С тех пор ультразвуковая сварка нашла широкое применение во многих отраслях промышленности. От подгузников до автомобилей, этот метод повсеместно используется для соединения пластмасс. В последнее время экспериментируют даже с ультразвуковой сваркой швов на специализированной одежде. Компании вроде Patagonia и Northface уже используют сварные швы в своей одежде, но только прямые, и выходит очень дорого. В настоящее время самым простым и универсальным методом по-прежнему остается ручное шитье.

Кража информации о кредитках

Специалисту по безопасности Драгошу Руйу пришла эта идея после того, как он заметил нечто странное со своим MacBook Air: после установки OS X его компьютер спонтанно загрузил кое-что еще. Это был весьма мощный вирус, который мог удалять данные и вносить изменения по собственному желанию. Даже после удаления, переустановки и перенастройки всей системы проблема оставалась. Наиболее правдоподобное объяснение бессмертия вируса было таковым, что он проживал в BIOS и оставался там, несмотря на любые операции. Другая, менее вероятная теория была таковой, что вирус использовал высокочастотные передачи между динамиками и микрофоном для управления данным.

Эта странная теория казалась невероятной, но была доказана хотя бы в плане возможности, когда Германский институт нашел способ воспроизвести этот эффект. На основе разработанного для подводной связи программного обеспечения ученые разработали прототип вредоносной программы, которая передавала данные между неподключенными к Сети ноутбуками, используя их динамики. В тестах ноутбуки могли сообщаться на расстоянии до 20 метров. Диапазон можно было расширить, связав зараженные устройства в сеть, подобно ретрансляторам Wi-Fi.

Хорошие новости в том, что эта акустическая передача происходит крайне медленно, достигая скорости в 20 бит в секунду. Хотя этого недостаточно для передачи больших пакетов данных, этого достаточно, чтобы передавать информацию вроде нажатия клавиш, паролей, номеров кредитных карт и ключей шифрования. Поскольку современные вирусы умеют делать все это быстрее и лучше, маловероятно, что новая акустическая система станет популярной в ближайшем будущем.

Акустические скальпели

Врачи уже используют звуковые волны для медицинских процедур вроде УЗИ и разрушения камней в почках, но ученые из Университета штата Мичиган создали акустический скальпель, точность которого позволяет отделять даже одну клетку. Современные ультразвуковые технологии позволяют создать луч с фокусом в несколько миллиметров, однако новый инструмент обладает точностью уже в 75 на 400 микрометров.

Общая технология была известна с конца 1800-х, однако новый скальпель стал возможным, благодаря использованию линзы, обернутой в углеродные нанотрубки и материал под названием полидиметилсилоксан, которая конвертирует свет в звуковые волны высокого давления. При должном фокусе, звуковые волны создают ударные волны и микропузырьки, которые оказывают давление на микроскопическом уровне. Технологию протестировали, отделив одну клетку рака яичников и просверлив 150-микрометровую дыру в искусственном почечном камне. Авторы технологии считают, что ее можно будет наконец использовать для доставки лекарств или удаления малых раковых опухолей или бляшек. Ее можно даже использовать для проведения безболезненных операций, поскольку такой ультразвуковой луч сможет избегать нервные клетки.

Подзарядка телефона голосом

Поскольку звук — это всего лишь сжатие и расширение газов в воздухе, а значит движение, он может стать жизнеспособным источником энергии. Ученые экспериментируют с возможностью зарядки телефона прямо во время использования — пока вы звоните, например. В 2011 году ученые из Сеула взяли наностержни из оксида цинка, зажатые между двух электродов, чтобы добыть электричество из звуковых волн. Эта технология могла вырабатывать 50 милливольт просто из шума движения машин. Этого недостаточно, чтобы зарядить большинство электрических устройств, но в прошлом году лондонские инженеры решили создать устройство, вырабатывающее 5 вольт — и этого уже хватает, чтобы подзарядить телефон.

Хотя зарядка телефонов с помощью звуков может быть хорошей новостью для любителей поболтать, она может оказать серьезное влияние на развивающийся мир. Та же технология, которая обеспечила существование термоакустического холодильника, может быть использована для преобразования звука в электричество. Score-Stove — это плита и холодильник, которая извлекает энергию в процессе приготовления на топливной биомассе для производства небольших объемов электричества, порядка 150 ватт. Это немного, но достаточно, чтобы обеспечить 1,3 миллиарда людей на Земле, не имеющих доступа к электричеству, энергией.

Превратить тело человека в микрофон

Это устройство включает микрофон, прикрепленный к компьютеру. Когда кто-то говорит в микрофон, компьютер сохраняет речь в виде записи на повторе, которая затем преобразуется в едва слышный сигнал. Этот сигнал передается по проводу от микрофона к телу любого, кто его держит, и производит модулированное электростатическое поле, которое вызывает крошечные вибрации, если человек чего-то касается. Вибрации могут быть услышаны, если человек коснется чужого уха. Их даже можно передавать от человека к человеку, если группа людей находится в физическом контакте.

Шпионаж

Для достижения наилучших результатов алгоритм требует, чтобы число кадров в секунду на видео было выше частоты аудиосигнала, для чего необходима высокоскоростная камера. Но, на худой конец, можно взять и обычную цифровую камеру, чтобы определить, к примеру, число собеседников в комнате и их пол — возможно, даже их личности. Новая технология обладает очевидными применениями в судебно-медицинской экспертизе, правоохранительных органах и шпионских войнах. Обладая такой технологией, можно узнать, что происходит за окном, просто достав цифровую камеру.

Акустическая маскировка

Хотя, возможно, эта накидка и не предотвратит прослушивание разговора, она может пригодиться в местах, где объект нужно спрятать от акустических волн, например, концертный зал. С другой стороны, военные уже положили глаз на эту маскировочную пирамиду, поскольку у нее есть потенциал прятать объекты от сонара, например. Поскольку под водой звук путешествует почти так же, как по воздуху, акустическая маскировка может сделать подводные лодки невидимыми к обнаружению.

Притягивающий луч

Сосредоточив два ультразвуковых луча на цели, объект можно подтолкнуть по направлению к источнику луча, рассеивая волны в противоположном направлении (объект будет словно подпрыгивать на волнах). Хотя ученым пока не удалось создать лучший вид волны для своей техники, они продолжают работу. В будущем эту технологию можно будет использовать непосредственно для управления объектами и жидкостями в теле человека. Для медицины она может оказаться незаменимой. К сожалению, в космическом вакууме звук не распространяется, поэтому едва ли технология будет применима для управления космическими кораблями.

Тактильные голограммы

Изначально технология разрабатывалась для оказания силы на вашу кожу, чтобы облегчить жестовое управление определенными устройствами. Механик с грязными руками, например, мог бы пролистать руководство по эксплуатации. Технология должна была придать сенсорным экранам ощущение физической страницы.

Поскольку эта технология использует звук для производства вибраций, которые воспроизводят ощущение прикосновения, уровень чувствительности можно изменять. 4-герцевые вибрации похожи на тяжелые капли дождя, а 125-герцевые напоминают прикосновения к пене. Единственным недостатком на данный момент остается то, что эти частоты могут быть услышаны собаками, но дизайнеры говорят, что это поправимо.

Сейчас же они дорабатывают свое устройство для производства виртуальных форм вроде сфер и пирамид. Правда, это не совсем виртуальные формы. В основе их работы лежат сенсоры, которые следуют за вашей рукой и соответственно образуют звуковые волны. В настоящее время этим объектам не хватает детализации и некоторой точности, но дизайнеры говорят, что однажды технология будет совместима с видимой голограммой, а человеческий мозг будет в состоянии сложить их в одну картинку.

По материалам listverse.com

Ровно 25 лет назад был 1995 год, но мало кто знает, чем он был знаменит и что особенного произошло в этом году. Тем не менее, именно тогда были изобретены или представлены многие вещи, без которых мы просто не представляли тогда свою жизнь. Часть из них переросла во что-то новое, дав ему совершенно иной импульс, а […]

Собаки считаются одними из самых первых домашних животных. Ученые до сих пор не могут точно сказать, когда именно люди приручили этих созданий, но самое распространенное предположение гласит, что это произошло 10-14 тысяч лет назад, в каменном веке. С тех пор собаки считаются нашими самыми лучшими друзьями, которые никогда не бросят нас в беде. Вспомните только […]

Для жителей Европы духи «Шанель» считаются приятными, в то время как жители Новой Гвинеи ненавидят этот запах, но обожают амбре свиного жира. Как так выходит, что разные народы оценивают запахи по-разному? Запах таит в себе только вкусовой аспект, или же за этим стоит что-то ещё? Почему мы обращаем внимание на запах партнёра на первом свидании, […]

Еnergy harvesting: энергия из ничего

Мы все с интересом обсуждаем одежду со встроенными датчиками и пультами управления, кроссовки с шагомером, GPS и прочую носимую электронику. Однако стоит задаться вопросом: а от чего, собственно, должны питаться все эти полезные гаджеты? От сменных батареек? Тогда вся эта вшитая электроника становится ничем не лучше обычных «умных» коробочек, которые можно просто сунуть в карман. Это как если бы мы вместе с мобильным телефоном носили большой тяжёлый чемодан с аккумуляторами или заправляли автомобиль вязанкой дров.

Нужно более изящное решение, отвечающее реалиям XXI, а не XX века. В идеале такой источник питания должен быть лёгким и миниатюрным, способным принимать любую форму и вид, умеющим заряжаться от любых типов энергии в окружающем пространстве и не требующим регулярной замены.

Идеал пока недостижим, но первые шаги в этом направлении уже сделаны. Поскольку для датчиков и простых микрокомпьютеров не требуются источники большой мощности, с ними можно использовать устройства, способные генерировать энергию буквально из ничего, собирая её по крупицам практически из воздуха — как, например, ветряные генераторы или солнечные батареи.

Эта идея положена в основу концепции Еnergy harvesting — её название пока не имеет общепринятого русского перевода, а по смыслу оно примерно означает «сбор энергетического урожая». Концепция заключается в сборе разнообразной энергии из окружающей среды и преобразовании её в электрическую для питания автономных миниатюрных устройств. Источником энергии могут быть любые естественные природные и физические процессы и явления — от солнечного света до любых механических колебаний.

Создаваемые в рамках концепции Еnergy harvesting устройства должны быть способны как генерировать, так и сохранять электрическую энергию — они смогут заменить тяжёлые и громоздкие аккумуляторные батареи там, где не требуются большая мощность и высокое напряжение. В результате мы получим вшитые микрогаджеты, датчики в одежде и обуви с практически вечным питанием, способные работать автономно до своего физического износа.
На международной конференции Printed Electronics Europe 2013, проходившей с 17 по 18 апреля в столице Германии Берлине, в рамках шоу Energy Harvesting & Storage Europe был представлен целый ряд чрезвычайно интересных разработок в области Еnergy harvesting.

Самый простой для преобразования в электричество вид внешних воздействий — это механические колебания и вибрации. Чаще всего для конвертации таких колебаний в электроэнергию применяются пьезоэлектрические материалы. Такие материалы используются, в частности, в называемых микроэлектромеханических системах (MЭМС или MEMS), представляющих собой гибридные устройства на кремниевой подложке, в которых объединены микромеханические и микроэлектронные компоненты. МЭМС-чипы легко распаиваются на печатной плате и без проблем интегрируются в любую электронную схему.

Британская компания Perpetuum показала на выставке Energy Harvesting & Storage Europe свою основную разработку — вибрационный «сборщик энергии» Vibration Energy Harvester (VEH). Это беспроводной датчик, предназначенный для установки на вращающиеся детали, например на подшипники колёс поездов. Кстати, в ходе выставки VEH демонстрировался в вагончике на миниатюрной модели железной дороги.

Датчик VEH выполняет одновременно три функции: он измеряет температуру, передаёт полученные сведения по беспроводной связи оператору и вырабатывает необходимую для всего этого электроэнергию из механических колебаний. В Perpetuum уже опробовали VEH в действии, и оказалось, что это простое устройство, не требующее никакого обслуживания, чрезвычайно полезно именно для установки в колёсах железнодорожных вагонов, поскольку оно способно мгновенно фиксировать критическое повышение температуры в подшипниках и тем самым предотвращать масштабный дорогостоящий ремонт.

Компания Perpetuum входит в состав финансируемого Европейский союзом консорциума Wibrate, объединяющего разработчиков беспроводных промышленных систем мониторинга и управления и беспроводных, самостоятельно вырабатывающих электроэнергию для своего питания за счёт вибрации.

Ещё одну оригинальную разработку показала на Energy Harvesting & Storage Europe компания Cherry, та самая, которая выпускает знаменитые «неубиваемые» компьютерные клавиатуры.

На стенде компании висела обыкновенная электрическая лампочка, и всем желающим предлагалось включить её при помощи миниатюрного беспроводного выключателя Cherry Energy Harvesting Wireless Switch. Энергии, вырабатывающейся при нажатии на кнопку, достаточно для краткой радиотрансляции, передающей сигнал включения.

Дальность передачи сигнала зависит от рабочей частоты: на частоте 2,4 ГГц команда передаётся на расстояние до 10 метров, а на частоте 868 МГц — целых 300 метров! Вырабатываемая мощность — до 0,5 мВт. Выключатель умеет работать в составе сетей, причём уникальный ID каждого из них исключает ошибочные срабатывания, а функция «спаривания» позволяет использовать несколько выключателей для одного приёмника или наоборот. Заявленная наработка на отказ — до миллиона нажатий.

Другой распространённый вид энергии, давно «прирученный» человеком, — световая и, в частности, солнечная. Фотовольтаика уже не первое десятилетие успешно применяется как в самых миниатюрных устройствах, например в микрокалькуляторах, так и в огромных космических станциях. Сегодня же учёные пытаются реализовать достижения фотовольтаики в довольно неожиданных предметах — например, в ткани.

Проект PowerWeave, также финансируемый Евросоюзом, ставит своей целью создание двух типов волокна: которое сможет улавливать солнечную энергию, преобразуя её в электрическую, и которое будет хранить эту энергию как аккумулятор. В перспективе из них можно будет изготавливать ткани, работающие как единая система по выработке и хранению электроэнергии.

Задача учёных — создать «электроткань», способную вырабатывать порядка 10 Вт энергии на квадратный метр. Если добиться этих показателей, то потенциальные способы использования такой ткани будут намного шире, чем, например, у одежды со встроенными датчиками температуры, компасом и GPS. Ткань площадью в 100 квадратных метров даст уже целый киловатт электроэнергии. А это значит, что её можно использовать в качестве материала для изготовления палаток, тентов или солнечных козырьков, которые будут способны выработать достаточно энергии, к примеру, для внутреннего освещения помещений. Кроме того, такую ткань можно будет сбрасывать с воздуха людям, терпящим бедствие.

Интересно, что в консорциум PowerWeave также входит знаменитый британский производитель воздушных шаров Lindstrand, который явно рассчитывает использовать «электроткань» для изготовления своих старомодных летательных аппаратов, а возможно, и для постройки каких-то совершенно новых типов аэропланов с автономным питанием.

Впрочем, пока проект PowerWeave далёк от завершения, поскольку теоретически безупречные расчёты упираются в ограничения технологии. Ткань должна не только исполнять роль генератора и аккумулятора — она обязана сохранять свойства ткани: гибкость, устойчивость к стирке, наконец, удобство в ношении, если речь идёт об одежде.

И в заключение — об уже не слишком будоражащем воображение, зато о вполне доступном устройстве, продемонстрированном на Energy Harvesting & Storage Europe, — «квадратиках» Clicc немецкой компании Sonnenrepublik.

Эти маленькие квадратные солнечные батареи могут соединяться, как пазл, в целые массивы, обеспечивая необходимый ток для зарядки или питания тех или иных портативных гаджетов. Шесть таких квадратиков, показанных на фотографии, способны вырабатывать около 1 Вт (210 мА) электроэнергии на ярком солнечном свету. Как утверждает разработчик, в них используются самые энергоэффективные солнечные панели из всех присутствующих на рынке. Набор из шести Clicc продаётся всего за 18 евро.

* * *
Конечно, пока ни пьезоэлектрические материалы, ни солнечные элементы не могут обеспечить питание таких требовательных устройств, как смартфон, планшет или тем более ноутбук. Для подзарядки традиционных по конструкции аккумуляторов эти технологии тоже не слишком подходят из-за нестабильного напряжения и низкой силы тока. Но пока речи об этом даже не идёт: давайте сначала получим рубашки с «вечными» часами, а потом уже задумаемся о более масштабных проектах.

Читайте также:  Переходник usb-com-порт на микросхеме pl2303
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector