Een onderzoeksteam onder leiding van professor Wei-Hsin Liao van de afdeling Mechanical and Automation Engineering, De Chinese Universiteit van Hong Kong (CUHK) heeft een lichtgewicht slimme, op materialen gebaseerde energieoogstmachine ontwikkeld voor het wegvangen van energie uit menselijke beweging, het genereren van onuitputtelijke en duurzame stroomvoorziening door gewoon te lopen.

specifiek, het apparaat kan biomechanische energie van de beweging van de menselijke knie opvangen en deze vervolgens omzetten in elektriciteit die kan worden gebruikt om draagbare elektronica zoals stappentellers van stroom te voorzien, gezondheidsmonitors, en GPS. Dit werk is gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven en aanbevolen als een aanbevolen artikel door redacteuren.

Tot dusver, onderzoekers hebben grote apparaten ontwikkeld om menselijke beweging te gebruiken voor het opwekken van elektriciteit, zoals op elektromagnetische generatoren gebaseerde energieoogstmachines voor het opvangen van energie wanneer mensen op loopbanden lopen of fietsen. Echter, deze omvangrijke apparaten belemmeren de voortbeweging van de gebruikers en verhogen tegelijkertijd hun belasting, vanwege het aanzienlijke gewicht en de grote interactiekracht tussen de oogstmachines en het menselijk lichaam. Dit beperkt het brede gebruik van deze apparaten aanzienlijk. Om dat te overwinnen, een onderzoeksteam onder leiding van professor Liao heeft een lichtgewicht energieoogstmachine voorgesteld en ontwikkeld die gebruik maakt van piëzo-elektrische macrovezelcomposieten die zijn geïntegreerd met nieuwe mechanische structuren.

Piëzo-elektrische macrovezelcomposieten zijn lichtgewicht materialen, die elektriciteit kan produceren onder vervorming. De voorgestelde energieoogstmachine maakt gebruik van een buigbalk en een schuifmechanisme om de beweging van de menselijke knie tijdens het lopen vast te leggen. Vervolgens, de vastgelegde beweging wordt gebruikt om piëzo-elektrische macrovezelcomposieten te vervormen die aan de buigbalk zijn gehecht, zodat elektriciteit wordt geproduceerd wanneer de menselijke knie buigt of zich uitstrekt.

Professor Liao zei:"Het menselijke kniegewricht heeft een groter bewegingsbereik dan andere gewrichten van de onderste ledematen, zoals de enkel en heup, waardoor energy harvesters de beweging gemakkelijker kunnen vastleggen en meer elektriciteit kunnen opwekken." De prototype harvester, gemaakt door piëzo-elektrische macrovezelcomposieten, kan een gemiddeld vermogen van 1,6 mW genereren, wanneer de drager loopt met ongeveer 2-6,5 km/u. De opgewekte elektriciteit is efficiënt om gewone draagbare elektronische apparaten zoals smart bands van stroom te voorzien. Verder, het prototype weegt slechts 307 gram. Als je ermee loopt, de metabolische kosten van de drager zijn bijna hetzelfde als die bij het lopen zonder het apparaat. In tegenstelling tot de bestaande op elektromagnetische generatoren gebaseerde energieoogstmachines, de lichtgewicht slimme, op materialen gebaseerde energie-oogster kan energie van menselijke beweging opvangen zonder de last van de drager te vergroten. Verwacht wordt dat dit het gebruik van biomechanische energieoogstmachines aanzienlijk zal bevorderen.

Professor Liao verklaarde, "Dit apparaat zal veel aandacht trekken van bergbeklimmers en wandelaars. Als ze verdwalen in afgelegen bergen of een wildernis waar het elektriciteitsnet niet beschikbaar is, het apparaat kan energie uit hun beweging halen en omzetten in elektriciteit, waardoor dragers hun vitale functies continu kunnen controleren, kennen hun positie, of zelfs een SOS-signaal uitzenden wanneer ze hulp nodig hebben. Momenteel, we richten ons op verbetering van de prestaties van de oogstmachine door het gewicht van het apparaat te verminderen en de efficiëntie van het oogsten van energie te verhogen. We zijn van plan de oogstmachine te commercialiseren en op de markt te brengen door samen te werken met kledingfabrikanten om het apparaat in sportkleding in te bedden."