Komórkę naładujesz z własnego... kolana

Każdy człowiek to niewyczerpane źródło energii. Oblicza się, że w ciele osoby średniego wzrostu i przeciętnej wagi zgromadzone jest jej tyle, ile mieściłaby bateria o wadze 1000 kg. Obecnie istnieje mnóstwo urządzeń, które wykorzystują energię (cieplną, kinetyczną bądź chemiczną) produkowaną przez nasz organizm. Najprostsze z nich to np. latarki, ładowane przez potrząsanie nimi. Bardziej skomplikowane to nowoczesne baterie do komórek czy odtwarzaczy MP3 gromadzące energię cieplną, którą emitujemy, trzymając je w rękach. W laboratoriach pracuje się też nad najbardziej zaawansowanymi gadżetami - wszczepianymi do ciała implantami wykorzystującymi energię powstałą ze skurczów mięśni czy przepływu krwi.

Prąd, który sam się tworzy

Niestety większość istniejących już urządzeń, które gromadzą energię płynącą z ludzkiego ciała, ma jedną istotną wadę. Otóż, by zaczęły działać, trzeba coś z nimi zrobić - potrząsnąć, potrzeć, potrzymać w rękach. Stąd naukowcy od lat starają się zaprojektować urządzenie generujące moc z codziennych działań, na które w ogóle nie zwracamy uwagi. Np. z chodzenia.

Tego rodzaju gadżet zaprezentował właśnie zespół kanadyjskich naukowców z Simon Fraser Univerisity w Burnaby. Ich wynalazek to prawdziwy przełom - przypięty do kolana w czasie wolnego marszu daje aż 5 watów energii. To tyle, ile wystarcza, by zapewnić pracę dziesięciu telefonom komórkowym jednocześnie albo dwóm laptopom. Co istotne, pod względem efektywności kanadyjski wynalazek bije na głowę wymyślone do tej pory generatory energii z kroków.

Prądotwórcze obuwie albo plecak

Takich generatorów są dwa rodzaje. Pierwszy to specjalne podeszwy butów, które uginają się z każdym stąpnięciem, produkując w ten sposób prąd. Niestety są one mało efektywne. Nawet najlepsze urządzenia tego typu są w stanie wytworzyć nie więcej niż niecały wat mocy. Lepszym pomysłem okazał się być plecak, który w czasie szybkiego marszu podskakując i opadając, dostarcza aż 7,4 wata energii. W jego przypadku szkopuł polega na tym, że by wytworzyć tyle mocy trzeba dźwigać na plecach ładunek rzędu, bagatela 38 kg!

Urządzenie Kanadyjczyków pozbawione jest wad swoich poprzedników. Waży tylko 1,6 kg, a w czasie biegu może wygenerować nawet ponad 50 watów prądu. Jak naukowcom udało się osiągnąć ten efekt? Ich wynalazek, składający się z generatora, szeregu przekładni i sprzęgła, wykorzystuje tę samą zasadę, na jakiej opierają się napędy hybrydowe. Gromadzi mianowicie energię kinetyczną, która jest tracona w czasie hamowania.

W jaki sposób się to odbywa? Jadąc samochodem, bardzo często hamujemy, zwalniamy, przyspieszamy, hamujemy i tak dalej, w zasadzie bez końca. Gdy naciskamy na hamulec i prędkość spada, pojazd traci energię, którą wykorzystuje silnik hybrydowy. Co to ma wspólnego z chodzeniem? Kanadyjscy naukowcy spostrzegli, że wykonując każdy krok, nasze nogi najpierw przyspieszają, a potem zwalniają. W tej drugiej fazie używamy tylnych mięśni ud. Absorbują one energię kroku. Uczeni założyli więc, że to jest właśnie moment, który należy wykorzystać, wspomagając mięśnie i gromadząc część energii traconej w czasie hamowania. Pomysł okazał się być strzałem w dziesiątkę.

Udany eksperyment

Po zbudowaniu prototypu generatora Kanadyjczycy przeprowadzili proste doświadczenie. Wzięło w nim udział sześciu mężczyzn, którzy mięli po prostu niezbyt szybko maszerować po bieżni z przypięty do kolana urządzeniem. W pierwszej części eksperymentu generator nie działał, a uczeni mierzyli tylko, ile tlenu zużyli uczestnicy zmuszeni do dźwigania dodatkowego, choć niewielkiego ciężaru. Następnie gadżet włączono, tak, by działał cały czas, w każdej fazie marszu. Wreszcie nastawiono go w ten sposób, by włączał się tylko wtedy, gdy kończyna hamuje, wyprostowując się po zgięciu.

Po podsumowaniu wyników doświadczeń okazało się, że urządzenie było najefektywniejsze w trzecim, ostatnim wariancie eksperymentu, gdy działało tylko w trakcie prostowania się nogi. Wtedy zyski energetyczne okazały się największe. Co więcej, uczestnicy eksperymentu nie narzekali na dodatkowy ciężar - przyzwyczaili się do niego i szybko przestali w ogóle czuć, że mają coś na kolanie.

Kogo może zainteresować wynalazek kanadyjskich naukowców? Według nich samych przede wszystkim ludzi mieszkających w najbiedniejszych rejonach świata, gdzie nie ma stałego dostępu do prądu (co dotyczy jednej czwartej ludzkości). Energia generowana w czasie marszu mogłaby ładować baterie laptopów afrykańskich dzieci, telefony komórkowe ich rodziców. Urządzenie to mogłoby się też sprawdzić w trakcie wypraw podróżniczych w odległe, dzikie rejony świata. Kolejnym jego zastosowaniem mogłyby być humanoidalne roboty poruszające się tak jak ludzie. Dzięki wynalazkowi kanadyjskich uczonych mogłyby one wykorzystywać do działania swoją własną energię. Wreszcie, nowy typ generatora ucieszy z pewnością ludzi z protezami kończyn i innymi przenośnymi urządzeniami medycznymi, które wymagają częstych zmian baterii.