Phát triển thiết bị sản xuất điện từ gắn trên người tạo năng lượng hiệu quả

Các kỹ sư sinh học tại Trường Kỹ thuật Samueli thuộc Đại học California Los Angeles (UCLA Samueli) vừa tạo ra thiết bị sinh học mềm dẻo và linh hoạt có thể sản xuất điện. Thiết bị này chuyển đổi các chuyển động của cơ thể người, từ gập khuỷu tay đến nhịp đập trên cổ tay, thành điện. Nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Materials.

Hiệu ứng từ đàn hồi là sự thay đổi mức độ từ hóa của vật liệu khi các nam châm tí hon liên tục bị ép vào rồi kéo ra xa nhau do áp lực cơ học. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra hiệu ứng này có thể tồn tại cả trong những hệ thống mềm và linh hoạt chứ không chỉ hệ thống cứng. Họ sử dụng các nam châm cực nhỏ đặt rải rác trong khuôn silicone mỏng như tờ giấy để tạo ra một từ trường thay đổi cường độ khi khuôn chuyển động. Khi cường độ từ trường thay đổi, điện cũng được tạo ra.

Trưởng nhóm nghiên cứu Jun Chen, chuyên gia kỹ thuật sinh học tại UCLA Samueli, cho biết: “Điểm độc đáo của công nghệ này là cho phép mọi người vận động thoải mái khi thiết bị được gắn vào da. Ngoài ra, vì dựa vào từ tính thay vì điện nên độ ẩm và mồ hôi không làm giảm hiệu quả của nó”.

Thiết bị sản xuất điện từ được gắn lên người có thể tạo ra năng lượng. Ảnh: VnExpress 

Chen cùng đồng nghiệp chế tạo thiết bị phát điện từ đàn hồi nhỏ, mềm dẻo, từ khuôn silicone với xúc tác bạch kim và các nam châm nano. Sau đó, họ gắn nó vào khuỷu tay của người thử nghiệm bằng một dải silicon mềm, co giãn. Hiệu ứng từ đàn hồi mà họ quan sát được mạnh gấp 4 lần so với các hệ thống cùng kích thước bằng hợp kim cứng. Kết quả, thiết bị tạo ra dòng điện 4,27 mA trên mỗi cm2, hiệu quả gấp 10.000 lần so với thiết bị tốt thứ hai.

Thực tế, thiết bị phát điện từ đàn hồi nhạy đến mức có thể chuyển đổi sóng mạch trong cơ thể người thành tín hiệu điện, đồng thời hoạt động như một máy đo nhịp tim chống nước và tự cung cấp năng lượng. Lượng điện sinh ra cũng có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo trên người khác, ví dụ như cảm biến mồ hôi hoặc nhiệt kế.

Liên quan tới thiết bị sản xuất điện từ, trước đó các nhà khoa học cũng đã phát triển thiết bị phát điện từ nguồn năng lượng sóng biển, có khả năng tạo ra điện giá rẻ để cung cấp cho hàng ngàn hộ gia đình trong tương lai. Thiết bị được làm bằng vật liệu bền và có chi phí thấp hơn so với các thiết bị truyền thống, có thể liên kết với hệ thống thu năng lượng từ đại dương hiện hữu và chuyển năng lượng sóng biển thành điện năng.

Các thí nghiệm mô phỏng đại dương cho thấy, một thiết bị hoàn chỉnh có thể tạo ra lượng điện tương đương 500kW, đủ để sử dụng cho khoảng 100 ngôi nhà. Theo các kỹ sư, thiết kế này có thể tận dụng những con sóng mạnh ở vùng biển Scotland để cung cấp điện cho các đoàn tàu với giá rẻ và dễ dàng bảo trì ngay trên biển trong nhiều thập kỷ.

Các kỹ sư từ Italy và Đại học Edinburgh đã phát triển thiết bị, với tên gọi Dielectric Elastomer Generator (DEG), từ màng cao su co giãn. Thiết bị được đặt trên đỉnh của ống dựng thẳng đứng. Khi đặt thiết bị dưới biển, bộ phận chứa đầy nước sẽ di chuyển lên xuống, theo chuyển động của sóng.

Khi sóng biển đi vào ống thẳng đứng, nước sẽ tác động đẩy không khí bên trong để thổi phồng bộ phận phát điện trên đỉnh thiết bị. Điện áp sẽ được tạo ra khi màng cao su phồng lên và dòng điện được phát ra khi màng cao su xẹp xuống. Lượng điện này sẽ được đưa vào đất liền qua hệ thống dây cáp điện dưới đáy biển.

Một phiên bản thu nhỏ của DEG đã được thử nghiệm trong bể tròn đường kính 25m có khả năng mô phỏng chuyển động của sóng và dòng hải lưu, tại cơ sở FloWave thuộc Đại học Edinburgh. Thiết bị phát điện này có thể thay thế các tuabin khí phức tạp và máy phát điện thông thường với nhiều cơ phận đắt tiền.

Giáo sư David Ingram của Học viện Kỹ thuật tại Đại học Edinburgh tham gia nghiên cứu cho biết: “Năng lượng sóng biển là nguồn tài nguyên quý giá xung quanh bờ biển Scotland. Việc phát triển hệ thống khai thác nguồn năng lượng này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra năng lượng sạch cho các thế hệ tương lai”.

An Dương (T/h)