Перетворення тепла людського тіла в електрику

Дослідники Університету штату Північна Кароліна (NC State) розробили нову схему для збору тепла, що виділяється людським тілом. Зібране тепло перетворюється в електрику, яке потім використовується для зарядки переносної електроніки. Прототипи, що знаходяться на даний момент на стадії експериментальної перевірки, відрізняються невеликою вагою і повторюють форму тіла людини. Завдяки новій технології система здатна генерувати набагато більше електроенергії з вироблюваного людиною тепла, ніж всі раніше створені експериментальні зразки.

Носяться термоелектричні генератори (TEG'і) отримують електроенергію за рахунок різниці температур людського тіла і навколишнього його повітря.

Нова система складається з декількох шарів. Перший шар виконаний з теплопровідного матеріалу, який прилягає до шкіри і збирає тепло. Зверху цей матеріал покритий полімерним ізолюючим шаром. Він запобігає розсіювання зібраного тепла в навколишнє середовище. Тепло тіла відводиться в розташований по центру термоелектричний генератор (TEG), який займає площу в один квадратний сантиметр. Та частина тепла, яка залишилася перетвореної в електрику, проходить через TEG в зовнішній шар, що складається також з теплопровідного матеріалу. Тут тепло швидко розсіюється. Вся ця багатошарова система в зборі має відмінну гнучкістю. А її товщина складає всього 2 міліметри.

"В даному прототипі генератор TEG займає лише один квадратний сантиметр. Але ми з легкістю можемо зробити його більше. Розмір генератора буде залежати від того, скільки електроенергії буде потрібно для того чи іншого пристрою", - пояснює Даріуш ваша. Проект, над яким він працює, проводиться в рамках діяльності Науково-дослідного центру наносістемной техніки (ASSIST), що відноситься до університету NC State і функціонуючого під егідою Національного наукового фонду США.

Дослідники також виявили, що для збору тепла найоптимальнішим місцем є верхня частина руки. Взагалі, більш висока температура поверхні шкіри буває зазвичай навколо зап'ястя. Але це дуже обмежена область, де, до того ж, часто порушується контакт між шкірою і термоелектричним генератором TEG. У той же час носити накладні смуги на грудях теж не раціонально, оскільки в цій зоні через одягу спостерігається обмежений потік повітря. Отже, розсіювання тепла тут також буде обмежено.

Для проведення експериментів смуги матеріалу з TEG вшили в футболки. Дослідники виявили, що вшитий в футболку генератор міг виробляти 6 мкВт / см2, якщо людина перебувала в стані відносного спокою, або 16 мкВт / см2, якщо він активно рухався.

"Футболки з TEG, безумовно, мають право на існування і можуть застосовуватися для зарядки носяться пристроїв. Але вони не так ефективні, як накладки на верхню частину руки", - говорить ваша.

Науково-дослідний центр ASSIST ставить собі за мету розробку носяться технологій, які можуть бути використані для постійного тривалого моніторингу стану здоров'я людини. Це можуть бути, наприклад, такі пристрої, які дозволяють відслідковувати параметри роботи серця і, тим самим, контролювати його здоров'я. Або ж це може бути контроль фізичних і екологічних показників, які мають першорядне значення для прогнозування і запобігання нападів астми.

За твердженням Даріуша ваша домогтися поставлених цілей можна, але для цього потрібно зробити так, щоб пристрої, які здійснюють контроль над станом здоров'я людини, не залежали від стану заряду батарей. Нова технологія, яка була розроблена зусиллями дослідників з Університету штату Північна Кароліна, дозволяє значною мірою наблизити той момент, коли намічені вченими мети стануть реальністю ".

• термоелектричний генератор
• TEG
• науково-дослідний центр ASSIST