En forskargrupp ledd av professor Wei-Hsin Liao från institutionen för maskin- och automationsteknik, Det kinesiska universitetet i Hong Kong (CUHK) har utvecklat en lätt, smart materialbaserad energiskördare för att fånga upp energi från mänsklig rörelse, genererar outtömlig och hållbar strömförsörjning bara genom att gå.

Specifikt, enheten kan fånga biomekanisk energi från det mänskliga knäets rörelse och sedan omvandla den till elektricitet som kan användas för att driva bärbar elektronik som stegräknare, hälsoövervakare, och GPS. Detta arbete har publicerats i Bokstäver i tillämpad fysik och rekommenderas som en utvald artikel av redaktörer.

Än så länge, forskare har utvecklat stora enheter för att använda mänsklig rörelse för att generera elektricitet, såsom elektromagnetiska generatorbaserade energiskördare för att fånga energi när människor går på löpband eller cyklar. Dock, dessa skrymmande enheter hämmar användarnas förflyttning och ökar samtidigt deras börda, på grund av den avsevärda vikten och stora samverkanskraften mellan skördarna och människokroppen. Detta begränsar avsevärt den breda användningen av dessa enheter. För att övervinna det, en forskargrupp ledd av professor Liao föreslog och utvecklade en lätt energiskördare som använder piezoelektriska makrofiberkompositer integrerade med nya mekaniska strukturer.

Piezoelektriska makrofiberkompositer är lätta material, som kan producera elektricitet under deformation. Den föreslagna energiskördaren använder en böjningsbalk och en vevmekanism för att fånga det mänskliga knäets rörelse när man går. Sedan, den fångade rörelsen används för att deformera piezoelektriska makrofiberkompositer som är bundna till böjningsstrålen så att elektricitet produceras när det mänskliga knäet böjs eller sträcker sig.

Professor Liao sa, "Den mänskliga knäleden har ett större rörelseomfång än andra leder i nedre extremiteter som fotleden och höften, vilket gör det möjligt för energiskördare att lättare fånga rörelsen och generera mer elektricitet." Prototypskördaren, tillverkad av piezoelektriska makrofiberkompositer, kan generera en medeleffekt på 1,6 mW, när bäraren går i ca 2-6,5 km/h. Den genererade elektriciteten är effektiv för att driva vanliga bärbara elektroniska enheter som smarta band. Vidare, prototypen väger endast 307 gram. När man går med den, bärarens metaboliska kostnad är nästan densamma som när man går utan enheten. Till skillnad från befintliga elektromagnetiska generatorbaserade energiskördare, den lätta smarta materialbaserade energiskördaren kan fånga energi från mänskliga rörelser utan att öka bärarens börda. Det förväntas avsevärt främja användningen av biomekaniska energiskördare.

Professor Liao sa, "Denna apparat kommer att dra till sig mycket uppmärksamhet från bergsbestigare och vandrare. Om de går vilse i avlägsna berg eller en vildmark där elnätet inte är tillgängligt, enheten kan hämta energi från sin rörelse och omvandla den till elektricitet, gör det möjligt för bärare att kontinuerligt övervaka sina vitala tecken, känner till sin position, eller till och med skicka ut en SOS-signal när som helst när de behöver hjälp. För närvarande, vi fokuserar på att förbättra skördarens prestanda genom att minska enhetens vikt och öka effektiviteten i energiskörden. Vi planerar att kommersialisera skördaren och marknadsföra den genom att samarbeta med plaggtillverkare för att bädda in enheten i sportkläder."