Naukowcy z amerykańskiego Georgia Institute of Technology zbudowali miniaturowy generator, który może posłużyć jako źródło zasilania dla mikroskopijnych urządzeń - także tych montowanych wewnątrz ludzkiego ciała. Ma on zaledwie dwa milimetry kwadratowe powierzchni i może działać praktycznie wiecznie, a jako źródło energii wystarczy mu dowolny ruch - nawet taki, którego nie sposób dostrzec.

Funkcjonowanie nanogeneratora opiera się niezwykłych półprzewodnikowych i piezoelektrycznych właściwościach cieniutkich pręcików wykonanych z tlenku cynku. Otóż gdy są one wyginane, wytwarzają niewielkie ładunki elektryczne. We wnętrzu nanogeneratora znajduje się wiele rzędów takich drucików. Odległości między nimi wynoszą zaledwie pół mikrona, a ich wysokość to przeciętnie jeden mikron.

Podstawą, na której najpierw te nanopręciki są "hodowane", a która później stanowi dolną część generatora, może być warstwa arsenku galu, szafiru lub polimeru. Ponad pręcikami, w bardzo niewielkiej odległości, znajduje się elastycznie zawieszona elektroda z krzemu pokrytego cienką warstwą platyny. Spodnia powierzchnia elektrody ma kształt piły, której zęby znajdują się tuż nad wierzchołkami pręcików. Kiedy elektroda porusza się na boki, zęby "piły" przesuwają się nad rzędami drucików z tlenku cynku jak wielki grzebień. Wskutek tego "czesania" wyginające się i prostujące nanostruktury wytwarzają ładunki elektryczne. Jednocześnie ta sama elektroda służy do zbierania powstającego prądu.

Do poruszenia górnej części tego nanogeneratora nie trzeba wiele energii - wystarczą wibracje, drgania wywołane przez fale ultradźwiękowe lub nawet rozszerzanie się naczyń krwionośnych spowodowane przez bicie serca. W efekcie mamy coś w rodzaju perpetuum mobile - miniaturowa elektrownia może działać praktycznie wiecznie. Wytwarzane napięcie jest wprawdzie bardzo niewielkie - rzędu nanoamperów, jednak twórcy urządzenia przewidują, że uda się uzyskać wydajność na poziomie 4 watów z generatora zajmującego objętość jednego centymetra sześciennego. To powinno wystarczyć do zasilania różnorodnych miniaturowych urządzeń - od wszelkiego rodzaju czujników po nanoroboty.

Prace nad praktycznym wykorzystaniem wynalazku postępują bardzo szybko, najpierw jednak trzeba go nieco udoskonalić. Między innymi konieczne jest ujednolicenie długości pręcików. Większość z nich ma długość jednego mikrona, ale część jest krótsza i nie zostaje wygięta przez "zęby" elektrody, a inne są zbyt długie, przez co nie mogą się wyprostować.

"Istnieje olbrzymie zainteresowanie nanomechanizmami, ale do tej pory nikt nie znalazł praktycznego sposobu ich zasilania. Nasz nanogenerator pozwoli zbierać lub odzyskiwać energię z otoczenia" - mówi profesor Zhong Lin Wang z Georgia Institute of Technology. Do niedawna maszyny o wymiarach mierzonych w mikrometrach miały czerpać energię z baterii. Te jednak trzeba co jakiś czas wymieniać, bo nie dość, że się wyczerpują, to jeszcze zawierają toksyczne substancje, jak lit czy kadm.

Z tego powodu ich stosowanie w wielu dziedzinach było wykluczone - np. w medycynie. Dla odmiany nanogenerator zawiera wyłącznie związki obojętne dla organizmu, będzie mógł więc zostać użyty w implantach czy czujnikach stale monitorujących stan zdrowia. "Gdybyśmy mieli nanogeneratory wbudowane w podeszwy butów, wystarczyłby spacer, aby zasilić osobiste urządzenia elektroniczne" - podsumowuje profesor Wang.













Reklama