Исследователи из Департамента робототехники и мехатроники в DGIST разработали трехмерный растягивающийся пьезоэлектрический сборщик энергии, который преобразует движения тела в электричество. Новое устройство, подходящее для использования в носимых гаджетах, может быть прикреплено к коже или одежде. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.
Устройство основано на пьезоэлектрическом эффекте, при котором электрическая энергия вырабатывается за счет механических воздействий, таких как растяжение кожи или движения суставов. В отличие от сборщиков энергии на основе трибоэлектрического эффекта, пьезоэлектрические устройства демонстрируют более стабильные характеристики. В качестве основного материала в разработке использован цирконат-титанат свинца (PZT), обладающий высокой энергоэффективностью.
Основная проблема при использовании PZT связана с его жесткостью и хрупкостью, что ограничивает применение в растягивающихся устройствах. Для решения этой проблемы ученые сконструировали материал в трехмерной форме, нечувствительной к деформациям. Это позволило сочетать растяжимость с высокой эффективностью преобразования энергии, что делает устройство пригодным для носимых технологий.
Команда также разработала конструкцию соединительных электродов, разделив их на секции, что предотвращает взаимное гашение электрической энергии. Этот подход, зависящий от кривизны структуры, значительно увеличил энергоэффективность устройства. В результате новая система оказалась в 280 раз эффективнее традиционных растягивающихся пьезоэлектрических сборщиков энергии.
Проведенные эксперименты подтвердили стабильность устройства при различных нагрузках, а также его способность сохранять производительность после многократных циклов деформации. Такие характеристики делают его перспективным для использования в сложных условиях, обеспечивая постоянный сбор энергии от движений тела.
Исследователи отмечают, что это открытие представляет собой значительный шаг вперед в разработке носимых сборщиков энергии. По их мнению, технология найдет широкое применение после коммерциализации, открывая новые возможности для автономных носимых устройств.