Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Kalla det den elektriska T-shirten. Eller, som forskarna vid University of California San Diego har kallat det, det "bärbara mikronätet".
Oavsett smeknamn kan den långärmade tröjan designad av brainiacs på Jacobs School of Engineering skörda och lagra energi medan bäraren rör sig eller tränar. Skolans nanoingenjörer räknar med att prototypen en dag kommer att förfinas till den grad att elektroniska enheter som mobiltelefoner inte behöver förlita sig på elnätet för ström utan kan köras på de klädesplagg som människor bär varje dag.
Och kanske generera kraft som bokstavligen ligger nära våra fingrar.
"Vad vi vill uppnå i slutändan är att ha ett system där du inte behöver tänka på att ladda längre", säger Lu Yin, doktor i nanoteknik. student som har arbetat nära Joseph Wang, chef för Center for Wearable Sensors vid UC San Diego.
Skjortan samlar, eller skördar, energi från människokroppen som kan lagras och sedan användas för att driva liten elektronik, till exempel ett LCD-armbandsur.
Biobränsleceller som drivs av svett som produceras av bäraren finns inuti skjortan vid bröstet. På tröjans underarmar och överkropp skördar triboelektriska generatorer energi när användaren går eller joggar. Samtidigt lagrar superkondensatorer som placeras på tröjans bröst tillfälligt energin och laddar sedan ut den för att driva enheter.
Det låter som att prototypen skulle vara skrymmande och besvärlig att bära men den är lätt, flexibel och påverkas inte av böjning, vikning eller skrynklig. Skjortan kan tvättas i vatten, så länge inget tvättmedel används.
Energin som genereras av att användarens armar svänger när man springer eller går fungerar på samma princip som statisk elektricitet.
"Den är mycket energieffektiv och mycket lämplig för dessa applikationer med låg energi och låg effekt," sa Yin och tillade att tröjans design är unik när det gäller dess funktionalitet.
Idén till tröjan inspirerades av mikronät som har förmågan att fungera oberoende av elnätet.
Bärbar och bärbar elektronik, som smartklockor, har vuxit i popularitet. I kombination med den nästan universella användningen av persondatorer, iPhones och andra enheter, finns det ett samlat ansträngning för att hitta alternativa energikällor för att driva dem alla.
Självdriven teknik föreställer sig enheter som kan fungera på egen hand, utan att förlita sig på en extern energiförsörjning. En sådan övergång skulle minska behovet av det oräkneliga antalet batterier som för närvarande driver våra prylar, för att inte tala om vilken inverkan en sådan anpassning skulle ha för att potentiellt minska energibehovet på ett allt mer ansträngt elektriskt system.
"Jag tror att huvudsaken (forskning och utveckling) fortfarande ligger i hur man perfektionerar energiskördsdelen," sa Yin. "Vad vi visade är energiskörd upp till några hundra mikrowatt. Vi vill att det ska ökas, kanske tiodubblas, och vi når dit."
Nyckeln blir att skala upp tekniken. UC San Diego-tröjan är ännu inte tillräckligt kraftfull för att köra, säg, en mobiltelefon.
Men Yin ser tröjan som ett sätt att ge "smart avkänning" för att övervaka saker som bärarens hjärtfrekvens och syrenivåer. "Vi arbetar också med bärbar blodtrycksövervakning", sa han.
Privata företag inom aktivkläderssektorn har uttryckt intresse för UC San Diego-forskningen. Yin ser en annan praktisk tillämpning för skjortan – genererar luminescens för joggare som springer på natten.
"Vi är mycket optimistiska om hela trenden med bärbar elektronik, särskilt integreringen av dessa energilagringsenheter med energiskördare," sa Yin. "Vi ser en färdplan för framtida utveckling."
I relaterad forskning har ingenjörer från UC San Diego utvecklat en tunn, flexibel remsa som kan lindas runt fingertoppen som ett plåster. Den bärbara enheten kan generera små mängder elektricitet när en persons finger svettas eller när fingret trycks ned.
Anordnat som den första i sitt slag är enheten cirka 1 centimeter i kvadrat, eller mindre än en halv tum. En stoppning av kolskumelektroder absorberar svett och omvandlar den till elektrisk energi.
Du skulle inte tro att ditt finger svettas särskilt mycket men "vad vi kom på är att på fingertoppen är svetthastigheten mycket högre jämfört med andra delar av kroppen," sa Yin. "Det är därför vi har så många spår på fingret eftersom det innehåller hundratals svettkörtlar längs varje spår."
Elektroder utrustade med enzymer utlöser kemiska reaktioner mellan laktat- och syremolekyler i svett för att generera elektricitet. As the wearer sweats on the strip, electrical energy gets stored in a small capacitor and can be discharged to devices when needed.
"The level of power we're generating is in terms of best case, maybe hundreds of microwatts per finger," Yin said. "It's still some distance away from powering a cellphone."
The UC San Diego researchers had a subject wear the device on one fingertip while performing sedentary activities. After 10 hours of sleep, the device collected almost 400 millijoules of energy—enough to power an electronic wristwatch for 24 hours. One hour of typing and clicking on a mouse saw the device collect almost 30 millijoules.
Though the fingertip device and the "electric T-shirt" represent two different studies, UC San Diego nanoengineers think of their wearables research as an integrated effort.
"We are definitely moving towards the next generation of electronics," Yin said. "We envision it to be more flexible, more conformable to the human body, to be more durable and eventually self-sustainable. That's the eventual goal we want to get to."