Исследователи из США разработали устройство, способное конвертировать энергию выдоха человека в электричество. Устройство может применяться в качестве источника энергии для имплантируемых биомедицинских устройств, тем самым в скором времени может отпасть необходимость в регулярной замене источников питания таких устройств с помощью хирургического вмешательства.

Руководитель исследования, Сюдонг Вонг (Xudong Wang) из Университета Висконсин-Мэдисон отмечает, что его группа работала над устройствами для переработки микроскопических и наноскопических количеств механической энергии, выделяющейся в результате деятельности человека, в энергию для обеспечения работы биоимплантантов и даже бытовой микроэлектроники, в течение нескольких лет.

Дыхание может считаться важным источником энергии, выделяемой телом человека, однако скорость потока воздуха во вдохе-выдохе невелика (около 2 м/с), причем и эта скорость может изменяться, в то время как для существующих системах переработки энергии «ветра» – ветровых мельницах и ветроэлектрогенереторов предпочтительна «работа» с потоками воздуха, перемещающимися со скоростями не менее 2 м/с. Поэтому, очевидно, что для создания устройства, преобразующего энергию дыхания в электроэнергию, необходимы системы гораздо меньших размеров, при этом достаточно гибкие для того, чтобы их можно было бы разместить на теле и, при этом, достаточно прочные, чтобы их производительность не уменьшалась по мере срока службы.

Рис. 1. Схема испытания устройства для получения
энергии из дыхания. (Рисунок из Energy Environ. Sci.,
2011, DOI: 10.1039/c1ee02241e).

Для того, чтобы решить все эти вопросы и создать устройство для конверсии механической энергии дыхания в электрическую исследователи разработали своеобразный «пояс» из поливинилиденфторида. Было обнаружено, что для работы с низкоскоростными воздушными потоками такой поливинилиденфторидный пояс должен быть достаточно тонок, чтобы он мог входить в состояние резонансного колебания (деформации, благодаря которой происходит генерация электрического тока). По словам Вонга главная проблема заключалась в том, чтобы сохранить прочность изделия из поливинилиденфторида, при этом, сделав его достаточно тонким. Проблема была решена с помощью метода ионного травления.

Масао Канеко (Masao Kaneko), эксперт по применению функциональных полимеров в конверсии энергии из Института Биофтохемоники отмечает, что создание пленок, способных конвертировать в электроэнергию достаточно слабую механическую энергию дыхания, представляет собой весьма перспективную технологию. Он предполагает, что теперь исследователям стоит провести эксперименты по использованию переработанной энергии для питания какого-нибудь прибора.