Elektronika ubieralna od lat zapewnia nam zdrowotny nadzór i stały dostęp do danych na temat naszego ciała, ale w praktyce sprzęty pokroju smartwatchów wciąż rozbija się o jeden przyziemny problem – konieczność regularnego ładowania. Dlatego pomysł zasilania tych sprzętów bezpośrednio ciepłem ludzkiego ciała wraca w laboratoriach jak bumerang. Brzmi bowiem jak coś, co powinniśmy mieć już dawno, bo przecież skóra oddaje ciepło bez przerwy, ale oczywiście temat jest bardziej skomplikowany niż z pozoru może się wydawać. Na całe jednak szczęście, jeden z jego problemów rozwiązał właśnie zespół z Seoul National University.
W pozyskiwaniu prądu z ciała nie chodzi o samo ciepło, ale o różnicę temperatur
Termoelektryczne generatory nie produkują energii dlatego, że coś jest ciepłe. Do wygenerowania prądu potrzebują różnicy temperatur między dwiema strefami. W grubych układach taki kontrast da się utrzymać relatywnie łatwo, ale w cienkim, płaskim urządzeniu przyklejonym do skóry pojawia się klasyczny problem. Ciepło po prostu przechodzi przez warstwę i rozprasza się do otoczenia, zanim da się z niego wycisnąć coś użytecznego. W momencie, kiedy taki cienki generator leży płasko na skórze, ciepło ucieka pionowo przez film do powietrza, przez co w samym urządzeniu niemal nie tworzy się potrzebna różnica temperatur.
Czytaj też: USA potrzebują drastycznie więcej prądu. Ich plan z elektrowniami jądrowymi brzmi niewiarygodnie
Właśnie dlatego wcześniejsze próby często szły w kierunku wyginania struktur, dokładania trójwymiarowych “filarów” albo rozwiązań, które poprawiały parametry kosztem wygody noszenia. To dawało jakąś poprawę, ale równocześnie psuło to, co w elektronice ubieralnej jest najważniejsze – ich cienką formę, elastyczność i komfort. Zamiast więc dalej budować bardziej skomplikowane bryły, badacze z Korei Południowej postanowili zmienić samą logikę przepływu ciepła.
Czytaj też: Coś dziwnego dzieje się pod chińskimi panelami słonecznymi. Miały produkować prąd, a zaczęły zmieniać świat
Nie mamy tu kolejnego “sprytniejszego plasterka”, ale próbę przeprojektowania podstaw działania cienkiego generatora. Zespół opracował bowiem układ, który wciąż pozostaje płaski, ale wykorzystuje podłoże o dwóch różnych przewodnościach cieplnych. W praktyce oznacza to, że do rozciągliwej silikonowej bazy wprowadzili miedziane nanocząstki, tworząc obszary lepiej i gorzej przewodzące ciepło. To właśnie na styku tych stref specjaliści umieścili materiał termoelektryczny. W efekcie ciepło nie ucieka już wyłącznie pionowo, ale zaczyna płynąć także na boki, tworząc na powierzchni relatywnie cieplejsze i chłodniejsze obszary. Ten powierzchniowy kontrast temperatur pozwala generować energię nawet w całkowicie płaskiej warstwie, więc jest to bardzo ważna zmiana, bo w takim układzie źródłem przewagi nie jest większa objętość, lecz architektura termiczna.
Czytaj też: Fotowoltaika z nowym rekordem. Teraz błysnął materiał, o którym mówi się za rzadko
Badacze podkreślają też, że urządzenie nie wymaga wyginania ani deformowania podczas pracy, a do tego jest wytwarzane metodą drukowania z użyciem tuszu, co ma znaczenie przy myśleniu o większej skali produkcji i swobodnym dopasowywaniu kształtu. Innymi słowy, nie mówimy wyłącznie o laboratoryjnej sztuczce z jednej próbki, ale o pomyśle, który przynajmniej na papierze daje się przełożyć na różne formaty ubieralnej elektroniki. Nie wiemy aktualnie nic o przekuwaniu tego sukcesu na produkt, ale pewne jest, że w grę wchodzi aktualnie nie zasilanie zaawansowanych zegarków, a mniej wymagających w kwestii zasilania sensorów zdrowotnych czy prostej elektroniki noszonej na skórze.
Źródła: Science Advances
