211service.com
Kniekracht
Ingenieurs die draagbare apparaten ontwerpen die menselijke energie oogsten voor macht, staan voor een ontmoedigend dilemma: hoe verzamel je een aanzienlijke hoeveelheid stroom zonder dat de gebruiker er veel extra moeite voor hoeft te doen? Gadgets zoals handslingergeneratoren en opwindradio's vereisen handmatig werk van een gebruiker, en bestaande op een schoen gemonteerde generatoren produceren minder dan één watt aan vermogen.
Powerwalken: Deze kniebrace (hierboven) heeft een generatief remkrachtsysteem dat de energie die wordt verbruikt terwijl een persoon loopt, omzet in elektriciteit.
Een team van ingenieurs heeft een aangepaste kniebrace ontwikkeld die energie opvangt die anders verloren zou zijn gegaan terwijl de drager loopt. De generator produceert ongeveer vijf watt, genoeg om 10 mobiele telefoons tegelijk van stroom te voorzien.
Als je kracht wilt, ga dan waar de spieren zijn, zegt Max Donelan , een professor aan de Simon Fraser University, in British Columbia, die het onderzoek leidde. We dachten, misschien is er een slimme, selectieve manier om energie te oogsten wanneer spieren normaal gesproken vertragen in het lichaam. Het onderzoek van Donelan verschijnt in het nummer van 8 februari van het tijdschrift Wetenschap .
Donelan keek naar de benen, die de grootste spieren in het lichaam hebben, en profiteerde van een zorgvuldig begrip van hoe mensen energie gebruiken om te lopen. Tijdens een gemiddelde pas gebruikt een persoon haar spieren om bij de knie te buigen en haar been naar voren te zwaaien, als een slingerbob. Dit is positief werk. Aan het einde van de zwaai voert ze negatief werk uit om haar bewegende been te vertragen. Ze zet haar voet op de grond en tegen die tijd begint haar andere been te slingeren.
multimedia
Zie de kniebrace in actie.
Donelan en zijn team concentreerden zich op het oogsten van energie vanaf het einde van de pas met behulp van hun bionische kniebrace. Wanneer de generator van de brace is ingeschakeld, verzamelt deze kracht terwijl de beweging van het been wordt vertraagd. Hierdoor vermindert de brace de menselijke inspanning aan het einde van de zwaaifase.
Als het mechanisme echter continu zou worden ingeschakeld, zou dit ook de acceleratie aan het begin van de zwaai belemmeren en meer energie van de drager vergen. Om dit probleem op te lossen, installeerde Donelan een sensor in het apparaat om de kniehoek te bewaken en de generator aan en uit te zetten. Volgens zijn onderzoek vereist deze generatieve remaanpak slechts een achtste van de metabolische kracht van een continu werkend mechanisme.
Wat buitengewoon slim is aan dit apparaat, is dat het alleen mechanische energie probeert vast te leggen wanneer de spieren worden voorbereid om het lichaam te vertragen, zegt Laurentius Rome , een biologieprofessor aan de Universiteit van Pennsylvania. Rome, die niet aan de kniebrace werkte, ontwierp onlangs een rugzak die loopenergie omzet in elektriciteit. [De kniebrace van Donelan is] een slim apparaat en het werkt alleen als je zelf probeert te remmen, zegt Rome. Het laat het omgekeerde koppel van de generator het werk van de spier doen.
Als Donelans benadering van energiewinning bekend in de oren klinkt, komt dat omdat hij dezelfde strategie gebruikt als bij hybride auto's. Wanneer een bestuurder de remmen van een hybride bedient, begint de elektromotor als generator te werken. De generator vertraagt de auto en zet tegelijkertijd kinetische energie om in elektriciteit, die vervolgens wordt gebruikt om de batterij op te laden. Conventionele remsystemen zijn afhankelijk van wrijving om te vertragen, en de kinetische energie van de auto wordt afgevoerd als warmte.
Lopen is net als autorijden, zegt Donelan. Bij elke stap versnellen en vertragen de spieren het lichaam. Hybride auto's nemen energie en geven die aan de batterij.
Het prototype van Donelan weegt iets meer dan drie pond en hij ontwikkelt momenteel een lichtgewicht model dat kan worden gebruikt door prothesefabrikanten en het leger. De vraag naar oogstmachines voor menselijke energie, zoals de kniebrace van Donelan en de rugzak van Rome, neemt toe, deels dankzij de verspreiding van kleine elektronica zoals mobiele telefoons en draagbare GPS-apparaten, vooral in het leger.
Een soldaat met een 24-uursmissie moet [misschien] bijna 30 pond aan batterijen bij zich dragen, zegt Donelan. Ze moeten alles van stroom voorzien, van GPS tot communicatie tot nachtzicht.
Bovendien zegt Donelan dat zijn kniebrace potentieel heeft in medische markten: het kan een verlamd ledemaat versterken of een prothese versterken. Je zou een gezond ledemaat kunnen nemen en het gebruiken om het gewonde ledemaat van stroom te voorzien, zegt hij.