Dziś wielu specjalistów przestało już myśleć wyłącznie o tym, jak zmniejszyć akumulator o kolejne kilka milimetrów. Znacznie ciekawszy kierunek polega na przeniesieniu części funkcji zasilania bezpośrednio do materiału, który i tak znajduje się na ciele użytkownika. Nie do obudowy, nie do osobnego modułu, ale do samej tkaniny, włókna albo powierzchni dodatku noszonego na co dzień. Właśnie w tym miejscu do gry wchodzi skóra potraktowana laserem.
Skóra po laserze zamienia się w element elektroniki
Zespół naukowców z Jilin University pokazał konstrukcję, która dotyka jednego z bardziej uporczywych ograniczeń elektroniki do noszenia. Badacze wykorzystali roślinnie garbowaną skórę i zapisali na jej powierzchni przewodzące wzory za pomocą lasera CO2. W tym procesie wierzchnia warstwa materiału została przekształcona w porowaty, przewodzący węgiel, a uzyskane ścieżki zaczęły działać jak elektrody mikrosuperkondensatora. Co ciekawe, całość powstaje w jednym kroku, bez rozbudowanej chemii procesowej i bez konieczności obecności w sterylnym środowisku, co jest typowe dla bardziej klasycznej mikroelektroniki.
Czytaj też: Czy są z nami prawa fizyki? Te struktury wydają się poruszać szybciej niż światło, a nie łamią znanych reguł
Sam efekt nie kończy się na samym magazynowaniu energii. Taki układ może także wygładzać zakłócenia elektryczne i stabilizować pracę drobnej elektroniki, a najciekawsze jest to, że nie chodzi tu o pojedynczy byle wzorek o nikłych możliwościach. W pracy naukowej znajdziemy różne kształty elektrod, a gotowe mikrosuperkondensatory zasiliły między innymi diody LED i zegarek elektroniczny. Dowodzi to nie tylko przewodności materiału, ale też praktycznej funkcji układu, bo skóra w takim wydaniu przestaje być biernym nośnikiem elektroniki. Zaczyna pełnić rolę jednego z jej aktywnych elementów.
Brzmi jak akumulator w pasku, ale to jednak coś innego
W tym miejscu łatwo wpaść w pułapkę uproszczenia i uznać, że naukowcy po prostu zrobili “akumulator ze skóry”. To byłoby jednak zbyt daleko idące skrócenie tematu. Superkondensatory nie są bowiem bezpośrednimi zamiennikami klasycznych akumulatorów. Ich przewaga leży gdzie indziej, bo potrafią one bardzo szybko przyjmować i oddawać energię, dobrze znoszą ogromną liczbę cykli pracy i świetnie sprawdzają się tam, gdzie liczy się szybka odpowiedź układu oraz stabilizacja zasilania. Słabszą stroną pozostaje magazynowanie energii w dłuższym horyzoncie, bo pod tym względem akumulatory nadal zachowują przewagę.
Czytaj też: Koniec z falami radiowymi. Problematyczne Wi-Fi dostało rywala do zadań specjalnych
Innymi słowy, skórzany pasek zegarka z takim układem nie musi od razu zastąpić całego źródła energii, ale może przejąć część jego pracy i pozwolić projektantom odchudzić albo uprościć konstrukcję. Właśnie dlatego ten eksperyment ma potencjał, bo elektronika ubieralna najbardziej zyskuje wtedy, gdy poszczególne elementy zaczynają dzielić się obowiązkami. Jedna warstwa może mierzyć parametry ciała, druga przesyłać dane, a trzecia chwilowo gromadzić energię i wygładzać skoki napięcia. To zresztą dobrze wpisuje się w szerszy ruch miękkiej elektroniki, w którym pojawiają się zarówno rozciągliwe materiały sterujące falami elektromagnetycznymi, jak i włókna obliczeniowe czy giętkie układy scalone szyte z myślą o ubraniach.
W tym wynalazku nie chodzi wyłącznie o gadżety
Najbardziej oczywisty przykład zastosowania tej technologii to pasek do smartwatcha, który nie tylko trzyma zegarek na ręce, ale sam staje się częścią układu zasilania. Równie interesujące są jednak plastry pomiarowe naklejane na skórę, inteligentna odzież sportowa czy lekkie sensory zdrowotne, które nie powinny być ani grube, ani sztywne. W takich zastosowaniach każdy dodatkowy milimetr i każdy twardy moduł pogarszają komfort użytkownika. Jeśli część funkcji energetycznych da się rozsmarować po materiale, sprzęt staje się mniej nachalny i lepiej stapia się z codziennym użyciem.
Najmocniej wyeksponowanym hasłem wokół tego eksperymentu jest jednak sam zrównoważony charakter rozwiązania i trzeba przyznać, że coś w tym jest. Zamiast syntetycznego podłoża pojawia się materiał naturalny, a zamiast wieloetapowej produkcji z dużym udziałem chemii pojedynczy proces laserowy. Na poziomie samego wytwarzania elementu elektronicznego to faktycznie wygląda lepiej niż wiele klasycznych ścieżek produkcji miękkiej elektroniki.
Czytaj też: Czym zastąpić benzynę? Trzech gigantów zmierzy się z paliwem jutra
Jednocześnie nie warto popadać w zachwyt w tej kwestii tylko dlatego, że pojawia się słowo “skóra”. Nawet roślinne garbowanie nie kasuje całego środowiskowego ciężaru przemysłu skórzanego, który nadal wiąże się z dużym zużyciem wody, ściekami i odpadami. Najlepiej traktować zresztą ten projekt jako próbę ograniczenia części problemów, a nie jako cudowny przepis na w pełni zieloną elektronikę. Czas tylko pokaże, czy taki wynalazek wejdzie na rynek.
Źródła: Optica
