Ученые изобрели генератор для извлечения энергии при ходьбе

Ученые из университета Саймона Фрезера в городе Барнаби, Канада, сконструировали наколенный генератор, который вырабатывает энергию, достаточную для поддержания работы десяти мобильных телефонов. Работа опубликована в журнале Science.

Прибор получает энергию от тормозящего движения ног при шаге. При ходьбе у человека работают две группы мышц. Одни мышцы отвечают за выбрасывание ноги вперед, другие тормозят ногу перед моментом полного ее выпрямления. Новый прибор "собирает" энергию торможения, которая обычно рассеивается в тепло. Механическая энергия мышечного сокращения трансформируется в электрическую.

Ведущий исследователь Макс Донелан говорит, что принцип, который лег в основу работы прибора, уже используется в легковых автомобилях нового типа. Часть энергии они получают от работы двигателя, а часть извлекают при торможении.

Прибор "собирает" механическую энергию мощностью пять ватт, которую человек тратит на замедление движения ноги и которая обычно рассеивается в тепло. Ношение наколенного генератора требует некоторых затрат энергии. Однако в итоге владелец все равно остается в хорошем плюсе. Для того, чтобы произвести один ватт энергии, прибор требует от владельца затратить дополнительную по сравнению с обычным ритмом ходьбы энергию мощностью менее одного ватта. Для сравнения, ручной генератор, который получает энергию от вращения рукоятки, требует затраты мышечной энергии, общей мощностью почти шести с половиной ватт. На выходе такой генератор выдает энергию мощностью 1 ватт.

Новый прибор опробовали на себе шесть добровольцев. Тестирование наколенного генератора проводили на беговой дорожке. Для определения того, насколько велика дополнительная нагрузка на организм при ношении генератора, ученые замеряли количество потребляемого кислорода при ходьбе с генератором и без него. Прибор весит 1,6 килограмма; добровольцы "носили" по одному прибору на каждой ноге. Ученые установили, что количество потребляемого кислорода при ношении генератора не изменяется.

Сейчас ученые работают над тем, чтобы сделать конструкцию прибора менее громоздкой. В перспективе наколенный генератор смогут использовать те, чья жизнь зависит от бесперебойной работы медицинских приборов, например, инсулинового насоса или кардиостимулятора, поддерживающего нормальный сердечный ритм. В настоящее время они работают на аккумуляторах, для замены которых требуется хирургическая операция.

Приборов, извлекающих энергию их движений человеческого тела, довольно много. Например, наручные часы, работающие от "размахивания" руки или подошвы ботинок, которые переводят механическую энергию давления в электрическую. Три года назад был разработан рюкзак, производящий энергию при движениях вверх-вниз. Однако КПД нового генератора существенно выше КПД всех предыдущих разработок.

Соединение серебра поставило рекорд по расширению при охлаждении и нагревании

Группа британских ученых обнаружила соединение с самым большим коэффициентом расширения при охлаждении. Это же соединение ставит рекорд по расширению при нагревании, сообщают исследователи в своей статье в Science.

Большинство веществ расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении, однако есть исключения. Зависимость изменения линейного размера тела от температуры описывается коэффициентом теплового расширения (КТР): (L₁-L₀)/(L₀)x(T₁-T₀), где T₀ и L₀ - начальные размер и температура, а T₁ и L₁ - конечные. Таким образом, КТР измеряется в градусах в минус первой степени (K^-1).

Ученые обнаружили, что гексацианокобальтат серебра (Ag₃Co(CN)₆) при охлаждении расширяется, причем очень сильно, с коэффициентом -120x10^-6 K^-1 (поскольку температура понизилась, КТР имеет отрицательное значение, что нетипично). Это примерно в 14 раз больше, чем у предыдущего рекордсмена - ZrW₂0₈.

При нагревании гексацианокобальтат серебра также расширяется (вдоль другой оси), причем опять с рекордным коэффициентом: 140x10^-6 K^-1. Это в десять раз больше предыдущих рекордов. Такое сильное расширение получило название колоссального (при охлаждении - отрицательного колоссального, при нагревании - положительного).

Эффект достигается за счет структуры кристалла. Связи между атомами серебра сравнительно слабые, поэтому кристаллическая решетка может легко складываться и раздвигаться.