Panduan
Baru-baru ini, tim peneliti ilmiah internasional yang terdiri dari ilmuwan dari banyak negara telah mengembangkan benang berteknologi tinggi terbaru "Twistron", yang dapat menghasilkan listrik saat diregangkan atau dipelintir. Misalnya, ia dapat memanen energi dari gerakan gelombang laut dan fluktuasi suhu dan mengubahnya menjadi energi listrik. Setelah benang-benang ini dijahit menjadi pakaian, benang-benang ini juga bisa menjadi alat pemantau pernapasan mandiri.
Kata kunci
Fleksibel, teknologi wearable, smart fabric, self-powered, IoT
Latar Belakang
Kain pintar dan teknologi swadaya selalu menjadi area inovasi terdepan yang menjadi fokus penulis.
Munculnya kain pintar mewakili integrasi yang lebih dekat antara teknologi elektronik, teknologi manufaktur, teknologi sensor, dan teknologi tekstil tradisional. Berbeda dari perangkat yang dapat dikenakan tradisional, seperti jam tangan pintar dan gelang, kain pintar lebih ringan, lebih fleksibel, lebih cocok untuk tubuh manusia, dan lebih serbaguna.
Pada saat yang sama, penulis telah membahas sebelumnya bahwa sebagian besar Internet of Things tradisional dan perangkat elektronik, termasuk perangkat yang dapat dikenakan, perangkat keras pintar, ponsel pintar, jam tangan pintar, dll., Bergantung pada daya baterai. Namun, metode bertenaga baterai menghadapi keterbatasan seperti waktu siaga yang singkat dan kebutuhan pengisian ulang yang berulang.Teknologi bertenaga sendiri tidak memerlukan baterai dan dapat mengumpulkan energi dalam bentuk panas, mekanik, pancaran, dan energi kimia dari lingkungan luar. Peralatan tersebut menyediakan listrik.
Namun, jenis teknologi inovatif apa yang akan dihasilkan oleh perpaduan kedua teknologi ini?
"Lapisan baru mengubah kain menjadi sirkuit: masa depan akan membuat pakaian bertenaga sendiri" memperkenalkan pengembangan elektroda yang dapat bernapas, fleksibel, dan bebas logam oleh para peneliti di University of Massachusetts Amster. Saat Anda mengenakan pakaian dengan jenis elektroda ini, Anda dapat menghasilkan listrik melalui gerakan manusia, membuat pakaian tersebut berkilau.
(Sumber gambar: University of Massachusetts Amster)
Dalam artikel "Tekstil Baru Memanfaatkan Energi Matahari dan Angin untuk Memberdayakan Produk Elektronik yang Dapat Dipakai", diperkenalkan bahwa para peneliti di Institut Teknologi Georgia di Amerika Serikat telah mengembangkan jenis tekstil baru yang menggabungkan dua cara menghasilkan listrik: mengubah energi matahari atau energi kinetik menjadi listrik. Selain penggunaan energi matahari, juga dirancang prinsip penting: efek tribolistrik, yaitu energi listrik yang dihasilkan oleh efek tribolistrik yang disebabkan oleh gerakan fisik seperti rotasi, geser, dan getaran.
(Sumber gambar: Institut Teknologi Georgia)
Inovasi
Hari ini, saya ingin memperkenalkan hasil inovatif lainnya dari integrasi silang antara kain pintar dan teknologi bertenaga sendiri.
Sebuah tim peneliti ilmiah internasional yang dipimpin oleh para ilmuwan dari Universitas Texas di Dallas (UTD) dan Universitas Hanyang di Korea Selatan telah mengembangkan benang berteknologi tinggi terbaru "Twistron", yang dapat menghasilkan listrik saat diregangkan atau diputar.
Partisipan dalam studi ini juga termasuk peneliti dari China, Korea Selatan, Virginia Tech, dan Wright-Patterson Air Force Base. Selain itu, peneliti dari Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Erik Jonsson UTD dan Pusat Nanoteknologi AS Lintec juga berpartisipasi dalam penelitian ini. Para peneliti mengajukan paten untuk teknologi tersebut.
Sebuah makalah yang diterbitkan di majalah "Science" pada tanggal 25 Agustus secara khusus memperkenalkan benang pembangkit tenaga ini dan aplikasi potensinya, seperti memanen energi dari gerakan gelombang laut dan fluktuasi suhu, dan mengubahnya menjadi energi listrik. Setelah benang-benang ini dijahit menjadi pakaian, benang-benang ini juga bisa menjadi alat pemantau pernapasan mandiri.
Dr. Carter Haines, seorang profesor penelitian di Institut Nanoteknologi Alan G. MacDiarmid di UTD, salah satu penulis utama artikel tersebut, mengatakan:
"Bahasa paling sederhana untuk mendeskripsikan Twistron adalah Anda memegang benang, meregangkannya, dan menghasilkan listrik."
(Sumber gambar: UTD)
teknologi
-
komposisi
Benang ini terdiri dari nanotube karbon. Diameter tabung nano karbon silinder berongga ini kurang dari 1/10000 diameter rambut manusia. Para peneliti pertama kali memelintir banyak tabung nano menjadi benang berkekuatan tinggi dan ringan. Untuk membuat benang menjadi sangat elastis, mereka terus meningkatkan lilitan pada benang Puntiran besar membuat benang berkerut, seperti karet gelang yang terlalu bengkok.
(Sumber gambar: UTD)
-
Pembangkit listrik
Untuk menghasilkan listrik, benang harus direndam atau dilapisi dengan bahan penghantar ion, yaitu elektrolit. Sederhananya, bahan tersebut bisa dibuat dari air asin biasa.
Li Na (transliterasi), salah satu penulis utama artikel dan ilmuwan riset di UTD Institute of Nanotechnology, mengatakan:
"Benang-benang ini pada dasarnya adalah superkapasitor. Untuk kapasitor biasa, Anda biasanya perlu menggunakan energi, seperti daya baterai eksternal untuk memasukkan muatan. Namun dalam kasus kami, saat kami membenamkan benang tabung nano karbon ini dalam elektrolisis Saat cair, benang dapat diisi oleh elektrolit itu sendiri. Tidak membutuhkan catu daya eksternal atau tegangan bias eksternal. "
Haines berkata, Ketika benang untuk pemanenan energi dikencangkan atau diregangkan, volume benang carbon nanotube berkurang, membuat muatan pada benang lebih dekat satu sama lain dan meningkatkan energinya. Ini meningkatkan tegangan yang dihasilkan oleh muatan yang disimpan di dalam benang, sehingga energi listrik dapat diperoleh.
Dr. Ray Baughman, direktur UTD Institute of Nanotechnology dan salah satu penulis makalah yang sesuai, mengatakan bahwa ketika benang crimped twistron diregangkan pada frekuensi 30 kali per detik, ia dapat menghasilkan daya listrik puncak 250 watt per kilogram (berat benang). Dia berkata:
"Meskipun banyak jenis teknologi pemanenan energi lainnya telah dipelajari selama beberapa dekade, dalam rentang frekuensi peregangan dari beberapa siklus per detik hingga 600 siklus per detik, masih belum ada teknologi pemanenan energi lain yang dilaporkan dalam literatur yang dapat menghasilkan seperti itu. Daya keluaran tinggi atau energi keluaran per satuan periode. "
nilai
-
Nyalakan LED
Para peneliti menemukan bahwa di laboratorium, benang carbon nanotube dengan berat kurang dari seekor lalat dapat menyalakan LED kecil setiap kali diregangkan.
-
Memanfaatkan panas lingkungan
Untuk mendemonstrasikan bahwa twistron dapat menyerap limbah panas dari lingkungan, Dr. Li menghubungkan benang twistron ke otot buatan polimer, yang berkontraksi dan meregang saat dipanaskan dan didinginkan. Benang pembangkit tenaga Twistron mengubah energi mekanik yang dihasilkan oleh otot buatan polimer menjadi energi listrik. Dr. Li berkata:
"Orang-orang sangat tertarik menggunakan limbah energi untuk menyediakan daya bagi Internet of Things, seperti rangkaian sensor terdistribusi. Untuk aplikasi ini, penggantian baterai yang sering tidak praktis, dan teknologi twistron dapat mengatasi masalah ini. "
-
Sensor pernapasan mandiri
Para peneliti juga menjahit benang twistron ke dalam kemeja. Selama pernapasan normal, benang diregangkan dan menghasilkan sinyal listrik, yang menunjukkan potensinya sebagai sensor pernapasan mandiri. Baughman menyatakan:
Tekstil elektronik memiliki prospek komersial yang besar, tetapi bagaimana cara menyalakannya? Memanen energi listrik dari pergerakan tubuh manusia adalah strategi untuk mengganti baterai. Dibandingkan dengan serat pembangkit listrik lain yang dapat ditenun dalam literatur, twistron per satuan berat Ketika benang diregangkan, itu bisa menghasilkan lebih dari seratus kali daya listrik. "
-
Kekuatan gelombang
Robert A. Welch, Ketua Profesor Kimia di Sekolah Ilmu Pengetahuan Alam dan Matematika Baughman berkata:
"Benang pembangkit listrik kami dapat menggunakan air asin sebagai elektrolitnya. Namun kami ingin menunjukkan bahwa benang tersebut juga dapat bekerja di air laut dengan komposisi kimia yang lebih kompleks."
Dalam demonstrasi bukti konsep, salah satu penulis utama artikel tersebut, Dr. Shi Hyeong Kim, seorang peneliti pasca-doktoral di UTD Institute of Nanotechnology, menguji kelayakan pembangkit listrik tenaga air laut twistron di perairan dingin pantai timur Korea Selatan. Dia menghubungkan benang sepanjang 10 cm dengan berat hanya 1 mg (kira-kira seberat seekor nyamuk) antara balon dan sebuah pemberat yang bertumpu pada dasar laut.
Setiap kali gelombang tiba, balon naik, meregangkan benang hingga perpanjangan maksimum 25%, sehingga menghasilkan energi listrik yang dapat diukur.
Meskipun para peneliti hanya menggunakan sejumlah kecil benang dalam penelitian ini, mereka telah membuktikan bahwa keluaran dari benang pembangkit tenaga ini dapat ditingkatkan dengan peningkatan volume benang dan jumlah benang yang bekerja secara paralel. . Baughman menyatakan:
"Jika kita dapat mengurangi biaya produksi benang pemanen energi seperti itu, mereka pada akhirnya akan dapat mengekstraksi energi dalam jumlah besar dari gelombang. Namun, arah aplikasi yang paling sesuai untuk benang pembangkit tenaga ini adalah catu daya dan komunikasi sensor. Berdasarkan daya keluaran rata-rata yang telah kami capai sejauh ini, hanya 31 mg benang carbon nanotube yang dapat menyediakan Internet of Things dengan daya yang dibutuhkan untuk mengirimkan 2 kilobyte paket data dalam radius hingga 100 meter setiap 10 detik. . "
Referensi
[1]
[2]
Untuk teknologi paling mutakhir dan produk inovatif, silakan ikuti akun publik WeChat: IntelligentThings, atau hubungi WeChat pribadi penulis: JohnZh1984
- Panjang tubuhnya lebih dari 5,3 meter, dan penampilannya sangat mengejutkan, bahkan supercar Dongying di sebelahnya dikalahkan.
- Volkswagen menambahkan sedikit material pada mobil ini dan mengubahnya menjadi sedan andalan global, yang diharapkan lebih mahal dari Magotan.
- 1,5T + gandar depan penyangga pegas bersama bola ganda, dari 286.800 menjadi kendaraan paling menarik bagi kaum muda di BBA
- Kota giok berusia seabad, gameplay baru, menggunakan siaran langsung Taobao untuk menciptakan keajaiban, penjualan online melebihi 100 juta dalam satu bulan
- Setelah menarik H6 dari altar, penggerak empat roda 1,8T + lahir dengan gen peledak, yang bisa disebut terminator harga
- cedera yang tidak disengaja? Fan Xiaodong membuat marah rekan satu timnya dan menemukan bahwa dia "salah", dan Changchun Yatai tetap tidak berubah
- Jarak 6 kilometer, dua ratus tahun keluhan, tua dan mati, tidak satu sama lain, dipatahkan oleh dua orang muda ini