Piles non incluses: comment la récupération d'énergie à petite échelle alimentera l'avenir

indicateurs d'icône d'énergie de technologie de batterieLa vénérable radio à cristal existe depuis le début des années 1900, mais pour une raison tout à fait unique, les gens les construisent et les utilisent encore aujourd'hui. Ce n'est pas particulièrement bruyant, il n'attrapera pas les stations lointaines et son esthétique n'impressionnera certainement pas vos copains amateurs. Cependant, cette merveille de la vieille école offre un seul avantage qu'aucune autre radio ne peut: elle fonctionne sans sources d'alimentation traditionnelles. C'est vrai - pas de cordon, pas de piles, pas de roues de hamster.

Comment est-ce possible? Parce que les radios à cristaux captent toute la puissance dont elles ont besoin grâce aux ondes radio elles-mêmes.

Assez cool, non?

Les ondes radio, vous voyez, sont de l' énergie. Cela fonctionne comme ceci: les stations de radio convertissent l'audio en ondes radio qui se déplacent ensuite, à la vitesse de la lumière pas moins, de manière omnidirectionnelle à partir de l'émetteur. Ces ondes sont, par essence, des champs électromagnétiques - des formes d'énergie électrique pas trop différentes de la puissance qui coule vers vos prises de courant alternatif, mais elles sont pulvérisées dans toutes les directions. Le montant fractionnaire qui atteint réellement votre maison n'est pas du tout très puissant.

Dépourvue d'autres sources d'énergie, la radio à cristal a besoin de «récolter» autant de champ électromagnétique approchant que possible. Il le fait avec une antenne assez considérable (généralement un long tronçon de fil de cuivre), une «bobine» qui est réglée sur la fréquence (nombre d'ondes par seconde) de la station souhaitée, un «détecteur» pour extraire le signal audio, et un écouteur pour convertir le signal audio en ondes sonores.

Bien que la radio à cristal elle-même soit tombée en désuétude il y a quelque temps, la partie «récupération d'énergie» de l'équation - par laquelle le pouvoir est englouti, à la fois au propre et au figuré, à partir de rien - est maintenant au milieu d'une renaissance notable. De l'exploitation de l'énergie frénétique d'un club de danse à l'utilisation de la chaleur dégagée par le corps humain, les ingénieurs se tournent vers le monde qui nous entoure pour trouver des sources d'énergie inexploitées. Et obtenir des résultats. Voici pourquoi les prises de courant et les batteries ne sont plus assez bonnes et ce que les scientifiques font à ce sujet.

Tout dépend de notre soif de pouvoir. Nous commençons nos journées à faire fonctionner divers appareils autour de nos maisons - réveils, grille-pain, cafetières. Nous montons ensuite dans notre voiture, qui elle-même a une soif insatiable d'encore plus d'énergie. Ou peut-être prenons-nous le bus, jouant avec notre ordinateur portable ou tablette ou smartphone ou lecteur de musique ou système de jeu portable en cours de route. En fin de compte, notre journée entière se déroule comme elle a commencé - dépendante de diverses formes d'électricité pour faire ce que nous devons faire. 

  • Surcharge de consommation

  • Collecte des ondes radio

  • Récupération d'énergie piézoélectrique

  • Récupération d'énergie thermoélectrique

  • Récupération d'énergie du mouvement humain

  • De retour du futur

Surcharge de consommation

Il y a plus que quelques problèmes avec cette image. D'une part, que nous achetions continuellement de nouvelles batteries, que nous rechargions des batteries rechargeables ou que nous fassions simplement fonctionner des appareils sur du courant alternatif, l'alimentation est une ressource coûteuse et épuisante que nous ne semblons jamais cesser de consommer.

icône de la batterie déchargéeOutre le coût monétaire de rester épuisé, il y a aussi des coûts pour la planète. Selon l'Agence de protection de l'environnement (EPA), les Américains achètent chaque année près de trois milliards de piles sèches pour faire fonctionner des radios, des jouets, des téléphones portables, des montres, des ordinateurs portables et des outils électriques portables. Et même dans la société un peu éclairée d'aujourd'hui, la grande majorité d'entre eux finissent par être jetés dans des décharges. Ici, ils se décomposeront au cours des décennies, entraînant toutes sortes de substances caustiques dans le sol et les eaux souterraines environnants. Et ce n'est que la pointe de l'iceberg - des barrages hydroélectriques aux centrales nucléaires en passant par les générateurs diesel, notre soif de watts martèle la planète.

«Étant donné que la plupart des appareils électroniques personnels et portables que nous utilisons actuellement ne nécessitent pas beaucoup d'électricité au départ, les opportunités de récolter des quantités d'énergie auparavant négligeables se présentent partout.»

C'est là que la récupération d'énergie peut sauver la situation. Les éoliennes et l'énergie solaire viennent immédiatement à l'esprit comme des exemples de moyens d'exploiter l'environnement autour de nous pour une énergie propre, mais les deux sont limités par la disponibilité de la source d'énergie qu'ils récoltent. Vous ne pouvez pas capter autant d'énergie lorsque le vent ne souffle pas ou que le soleil ne brille pas.

Pourtant, il existe un tout autre niveau de récupération d'énergie à plus petite échelle. Étant donné que la plupart des appareils électroniques personnels et portables que nous utilisons actuellement ne nécessitent pas beaucoup d'électricité au départ, des opportunités de récolter des quantités d'énergie auparavant négligeables se présentent partout.

Et cela pourrait signifier des téléphones, des lecteurs de musique et des ordinateurs portables que vous n'aurez plus jamais à recharger.

Sangle sur les antennes: collecte des ondes radio

L'une des approches les plus importantes pour extraire l'électricité de l'air mince donne clairement un clin d'œil à la vénérable radio à cristal. Il récolte l'énergie, sans surprise, des ondes radio.

Au Centre for Wireless Research de l'Université du Bedfordshire à Luton, au Royaume-Uni, un trio de personnes brillantes ont travaillé sur une solution de collecte d'ondes radio qui, selon eux, réduira un jour non seulement la dépendance des consommateurs à l'égard des batteries et de l'alimentation CA, mais réduira également le impact sur notre environnement.U of Bedfordshire David Jazani Ben Allen et Tahmina Ajmal inventions énergétiques sur batterieNous avons discuté avec Ben Allen, qui dirige l'équipe, pour en savoir plus. Allen et ses associés ont attiré l'attention internationale en février lorsqu'ils ont annoncé qu'ils avaient développé la technologie et déposé une demande de brevet pour la collecte des ondes radio. Certains wags ont suggéré qu'il s'agissait d'une première mondiale, bien que le groupe d'Allen ne soit que l'un des nombreux groupes mondiaux à rechercher les mêmes perspectives. En effet, Nikola Tesla, un scientifique serbo-américain réputé et un cerveau certifié, a démontré le phénomène de la transmission d'énergie sans fil il y a plus d'un siècle. Néanmoins, Allen et son équipe ont poussé la technologie à un point que peu d'autres ont. Selon Allen, la solution proposée par l'équipe se concentre sur la bande de fréquences «qui est d'environ 1 MHz et est parfois appelée la« bande AM ». Il n'est pas nécessaire que ce soit ces signaux dont nous récoltons l'énergie,mais nous nous sommes concentrés sur les ondes moyennes car nous pensons qu'elles présentent des avantages par rapport aux ondes haute fréquence.u du widget bedfordhire et des batteries d'énergie de récolte d'ondes radio-réveilAu cœur du concept se trouve une antenne - une antenne qu'Allen assimile à un moulin à vent. «L'onde (radio) induit un courant dans l'antenne, que nous convertissons en courant continu et que nous appliquons à l'appareil nécessitant de l'énergie. Plus l'antenne est grande, plus la puissance est disponible. L'antenne est comme un moulin à vent - plus le moulin est grand, plus il y a d'énergie disponible. »

Allen se vante également rapidement que la technologie peut être adaptée aux appareils existants et qu'elle est relativement compacte. En ce qui concerne les craintes que la collecte généralisée des ondes radio puisse éventuellement aspirer tellement d'énergie qu'il ne reste plus rien, Allen joue à nouveau la carte du moulin à vent. «Nous utilisons des antennes qui sont très petites et qui ont un effet négligeable sur les signaux - un peu comme l'effet d'un moulin à vent pour enfant sur le vent. Si nous avions un très gros appareil, il serait difficile de recevoir un signal derrière lui, tout comme la pénurie de vent derrière un grand éolien. »L'avantage évident est la constance de la source récoltée. Comme l'explique Allen, la récolte des ondes radio ne dépend pas de la lumière du soleil ou du vent. Il ne repose pas non plus sur le différentiel de chaleur (le concept derrière la récupération d'énergie thermoélectrique, discuté plus loin dans cet article). Les ondes radio sonttoujours là-bas, plus encore dans les zones métropolitaines. De plus, dit Allen, «En principe, il fonctionne bien dans les zones rurales et les ondes radio devraient avoir une pénétration relativement bonne dans les bâtiments par rapport à celles à des fréquences plus élevées.»

«L'onde (radio) induit un courant dans l'antenne, que nous convertissons en courant continu et que nous appliquons à l'appareil nécessitant de l'énergie. Plus l'antenne est grande, plus la puissance est disponible. L'antenne est comme un moulin à vent - plus l'éolienne est grande, plus il y a d'énergie disponible. »

Les ondes radio ne contiennent pas une tonne de jus récoltable, alors Allen et son équipe ciblent actuellement les appareils à très faible puissance - des produits tels que les nœuds de réseau de capteurs sans fil qui n'exécutent qu'occasionnellement des actions gourmandes en énergie et qui restent autrement en mode d'attente. Les futurs candidats comprennent les télécommandes et les horloges.

«Certaines applications nécessiteront des batteries rechargeables pour aider à l'approvisionnement en énergie, mais (même elles seront) chargées à partir de l'énergie récupérée», explique Allen. «Cela limiterait la durée de vie de tout appareil et la batterie finira par se dégrader et devra être remplacée. Cela peut se produire après quelques années, mais cela varie en fonction de la technologie de la batterie, de la température et du cycle de charge. »

Pourtant, les gobblers de courant à forte consommation comme les tablettes et les lampes de poche peuvent ne jamais faire partie de l'image. Et s'ils le sont - et nous cherchons un peu plus loin ici - la collecte des ondes radio ne sera certainement pas la seule source d'énergie. Imaginez une batterie rechargeable qui dépend d'une recharge «régulière» mais qui est potentiellement également complétée par une fusion d'alternatives de récupération d'énergie, et vous commencez à avoir une idée de ce que l'avenir pourrait vous réserver.

Bonnes vibrations: récupération d'énergie piézoélectrique

Pendant ce temps, dans les clubs de danse du monde entier, les clients passent joyeusement la nuit. Apparemment, il y aura toujours une place dans ce monde pour ceux qui ont une fixation pour la giration. Mais nous nous écartons. Le fait est que certains de ces clubs sont différents des autres. Il semble qu'il y ait un mouvement en cours pour «verdir» nos salles de danse. Et de l'eau réutilisée aux turbines sur les toits, ce mouvement se renforce de jour en jour.

En effet, il s'étend jusqu'au sol. La piste de danse, c'est.

Vous voyez, il y a une énorme quantité d'énergie générée lorsque des dizaines ou des centaines de personnes rebondissent à plusieurs reprises sur le rythme. Jusqu'à présent, cette énergie se dissipait dans le sol et tout ce qui se trouvait en dessous. Mais que se passerait-il si vous pouviez en quelque sorte l'exploiter?

Avec la «piézoélectricité», c'est possible. Il semble qu'il existe certains matériaux dans ce monde, à base de cristal et de céramique, qui génèrent une puissance lorsqu'ils sont mis sous pression. Si vous placez ces matériaux dans un endroit où ils recevront un martèlement constant - par exemple, sur la piste d'un club de danse - vous avez un moyen de puiser dans ce martèlement et de produire de l'électricité utilisable. En fait, des entreprises telles que le Sustainable Dance Club de Rotterdam font déjà exactement cela, en installant des pistes de danse éclairées qui sont, en fait, autonomes.

La poussée piézoélectrique ne se limite pas aux clubs de danse. Il y a une gare à Tokyo qui utilise l'effet pour alimenter les panneaux d'affichage et les portes de billets, et un trottoir à Paris qui alimente les lampadaires.

Au Cornell Nanoscale Science and Technology à Ithaca, New York, des plans sont en cours pour amener tous ces trucs piézoélectriques groovy dans le monde des consommateurs, mais avec une approche quelque peu différente. Le nom de la société est MicroGen Systems, Inc, et les personnes impliquées y sont apparemment sur le long terme. Le PDG Mike Perrotta nous dit que la société a été fondée en 2007 et constituée en 2010 après la signature d'un «important contrat d'investissement». Perrotta estime à ce jour les heures de travail de l'ordre de 20 000 heures.Génération piézoélectrique d'énergie de batterie de dispositif de première génération de microgenAu cœur de la poussée se trouve la technologie Piezoelectric Vibrational Energy Harvester (PZEH) exclusive de MicroGen. Selon MicroGen, le concept prolongera la durée de vie des batteries rechargeables ou éliminera complètement le besoin de batteries. Une des premières permutations est le «BOLT060 MicroPower Generator», un gadget minuscule qui ressemble à un processeur d'ordinateur. Il fonctionne uniquement par vibration appliquée et devrait théoriquement fonctionner pendant 20 ans ou plus.

Pourquoi une technologie de récolte miniature basée sur les vibrations?

«Les vibrations sont partout et ne dépendent pas du différentiel de température, de la lumière, de la radiofréquence ou d'autres types de sources», explique Perrotta. «Tout ce qui est branché vibre, et beaucoup de choses ont une harmonique naturelle même si elles ne sont pas branchées à l'électricité. Nous avons même eu des conversations sur le fait de placer ces appareils dans l'estomac d'une vache, avec un capteur de température et une radio sans fil, pour surveiller la santé et les conditions du bétail. Je n'ai encore rien vu de branché sur le bétail.

Mis à part les bovins, Perrotta envisage la technologie piézoélectrique MicroGen dans une grande variété d'applications à faible consommation. «Considérez-nous comme une micro-centrale électrique, d'où le nom MicroGen. Les lampes de poche et autres nécessiteront trop d'énergie (pour notre technologie) pour se recharger. Cependant, vous pouvez avoir une application de lampe de poche sur votre mobile et cela fonctionne plutôt bien. »

«Notre objectif dans l'espace grand public est de« charger lentement »un appareil mobile, afin que les batteries ne se déchargent pas aussi rapidement après la dernière charge enfichable.»

«Les sèche-linge sont un autre exemple, où la technologie de capteur actuelle ne mesure que l'humidité moyenne de l'ensemble de la charge, ce qui nécessite plus d'énergie. Le capteur peut maintenant être déplacé avec notre appareil qui l'alimente, et donc indiquer plus précisément l'humidité des vêtements, et arrêter la sécheuse plus précisément. Cela permettra d'économiser une consommation d'énergie importante. Les systèmes de surveillance de la pression des pneus, désormais présents dans tous les véhicules des marchés américain, canadien et européen, pourraient fonctionner sans batterie. Sinon, nos systèmes dureront toute la vie de la voiture, réduisant ainsi le nombre de batteries dans une décharge. De nombreux autres exemples, en particulier dans les domaines industriel et commercial, visent à réduire la consommation d'énergie, à améliorer la sûreté et la sécurité également. »

Perrotta affirme que la technologie est actuellement capable de fournir 200 microwatts plutôt doux, bien qu'il s'attende à ce que ce chiffre double et peut-être triplé à court terme. L'efficacité croissante des appareils mobiles pourrait également y contribuer. «Nous avons certainement constaté une forte réduction, de l'ordre de 50 à 80%, des besoins en énergie de ces appareils, même au cours des deux dernières années», déclare Perotta. «Nous nous attendons à ce que cela se poursuive et que notre puissance par millimètre carré augmente. Notre objectif dans l'espace grand public est de «recharger lentement» un appareil mobile, afin que les batteries ne se déchargent pas aussi rapidement après la dernière charge du plug-in. »

À court terme, les appareils MicroGen seront couplés à une batterie à semi-conducteurs ou à un super condensateur. Mais l'objectif final, dit-il, «est d'être sans batterie. Cependant, cela dépendra en grande partie des tendances concernant les capteurs et les besoins en énergie radio sans fil. »

Reste à voir si la solution de MicroGen atteindra ces objectifs, même si le simple potentiel était suffisant pour contraindre la New York State Energy Research and Development Authority à octroyer à l'entreprise une subvention de 1,2 million de dollars il y a à peine un mois.  

Chaleur en conserve: récupération d'énergie thermoélectrique

Si exploiter l'énergie des ondes radio et des vibrations semble une puissance tirée par les cheveux, les Jetson l'ont-ils déjà fait? - essayez cette notion pour la taille: puissance de la chaleur corporelle .

Pourtant, c'est précisément ce sur quoi ils travaillent au Centre de nanotechnologie et de matériaux moléculaires de l'Université Wake Forest. La technologie est appelée «thermoélectrique» et l’approche de la forêt thermoélectrique de Wake Forest est appelée «Power Felt». Il semble qu'en touchant simplement ce tissu mystérieux, la chaleur corporelle est convertie en courant électrique.

Ensuite, ils nous diront que la lune n'est pas faite de fromage.

Alors, quel est exactement ce Power Felt? Pour commencer, cela ressemble vraiment à du tissu. Tissu futuriste, certes, mais tissu quand même. Fabriqué à partir de nanotubes de carbone enfermés dans des fibres plastiques flexibles, il peut apparemment être «enroulé» autour de pratiquement n'importe quoi. Les gens de Wake Forest l'appellent «pouvoir portable». Et puis ils sautent dans leurs vaisseaux spatiaux et s'envolent vers leur galaxie d'origine.

David Carroll, inventeur de Power Felt, récolte d'énergie thermoélectriqueNous laisserons le titulaire du doctorat David Carroll, professeur de physique à Wake Forest et inventeur de Power Felt, détailler les subtilités.

«Nos matériaux fonctionnent comme n'importe quel module thermoélectrique. Imaginez que vous tenez dans votre main une barre de métal. Vous le tenez fermement à une extrémité de la barre tandis que l'autre extrémité est libre. Maintenant, les électrons qui composent le métal sont libres de se déplacer et votre main les chauffe. Ainsi, sous votre main, les électrons se déplacent plus rapidement que ne le disent les électrons à l'autre bout de la barre. Cela signifie que ces électrons se répandront rapidement et s'éloigneront de la source de chaleur. En se déplaçant vers l'extrémité froide, ils laissent derrière eux un déficit d'électrons dans l'extrémité chaude. Ils créent un surplus d'électrons dans l'extrémité froide. Cela établit une tension, appelée tension thermoélectrique, et tant qu'il y a une différence de température, cette tension existe.

Imaginez une batterie rechargeable qui dépend d'une recharge «régulière» mais qui est potentiellement également complétée par une fusion d'alternatives de récupération d'énergie, et vous commencez à avoir une idée de ce que l'avenir pourrait vous réserver »Le problème est que finalement l'autre extrémité se réchauffe à cause du thermoconductivité du métal. En utilisant beaucoup de nanofibres dans une matrice en plastique, au lieu de la barre métallique, les électrons peuvent toujours se déplacer le long des voies métalliques des fibres, mais la chaleur est bloquée car elle n'est pas transportée à travers les jonctions de fibre à fibre. C'est ainsi que nous avons fabriqué nos tissus. Nos fibres «métalliques» sont des nanotubes de carbone. Et dans les tissus se trouvent des couches sur des couches de nanofibres électroniques, permettant aux électrons et aux trous de circuler librement. »

«Imaginez», dit Carroll, «réduire le temps de charge de votre voiture hybride parce que la récupération de chaleur provient du moteur de refroidissement ou des passagers à l'intérieur.»

Carroll vante les vertus de son invention mais il est tout aussi réaliste. Il ne remplacera pas, dit-il, les piles. Pas encore en tout cas. Cela ne fonctionnera pas non plus à moins que «de grandes zones de gradient de température n'existent». Le corps humain est un endroit réalisable. Il en va de même pour le capot d'une voiture ou les sièges d'un avion.

«Cela rendra l'utilisation de batteries moins chères plus attrayante du point de vue du marché. En règle générale, pour l'insertion sur le marché, vous ne voulez pas changer trop trop rapidement, il sera donc couplé aux technologies de batterie existantes. Vos téléphones portables dureront plus longtemps avec une seule charge. Un avion à réaction peut utiliser des générateurs internes plus petits, ce qui permet d'économiser du poids et de l'argent. »

Corey Hewitt, étudiant diplômé, avec récupération d'énergie thermoélectrique en feutre de puissanceBien que Power Felt ne fasse jamais fonctionner une voiture électrique ou des appareils énergivores comme les réfrigérateurs (Carroll nous dit qu'un centimètre carré produit «des nanowatts à des dixièmes de microwatts, selon l'épaisseur»), il sera, apparemment, tout à fait capable d'augmenter les structures électriques actuelles dans de telles applications. «Imaginez», dit Carroll, «réduire le temps de charge de votre voiture hybride parce que la récupération de chaleur provient du moteur de refroidissement ou des passagers à l'intérieur.» 

Carroll se penche également sur la construction de maisons, affirmant que Power Felt pourrait remplacer l'enveloppe de maison Tyvek pour «générer autant d'énergie qu'un panneau solaire bon marché.

Carroll défend également Power Felt dans le monde mobile, suggérant qu'un échantillon de celui-ci pourrait être inclus dans la couverture des batteries au point de fabrication. En plaçant simplement lesdites batteries sur «quelque chose de chaud», elles se rechargeraient partiellement. Mais encore une fois, jusqu'à présent en tout cas, il s'agit d'augmenter plutôt que de remplacer la charge régulière de la batterie. Carroll demande: «Avez-vous déjà été à l'aéroport et votre téléphone était-il à court de courant? Ne serait-il pas agréable de passer ce dernier appel pour que quelqu'un vienne vous chercher? La puissance de la chaleur de votre corps pourrait faire cela. 

Homme qui court: récupération d'énergie du mouvement humain

Jusqu'à présent, nous avons vu un trio de concepts qui sont apparemment prêts à aider à réduire notre dépendance aux sources d'énergie traditionnelles, mais qui n'ont généralement pas le pouvoir de remplacer complètement ces sources. Cette tendance se poursuit pour notre quatrième et dernière entrée, la récolte d'énergie biomécanique du «mouvement humain». C'est vrai, cette technologie exploite la puissance du simple fait de se déplacer. Voulez-vous recharger votre Android? Mieux vaut commencer à boire cette bière un peu plus vite.

Blague à part, il s'avère que la récolte d'énergie biomécanique n'est pas tout à fait l'idée nouvelle qu'elle peut sembler au départ. Vous vous souvenez de ces anciens phares de vélo qui tiraient la puissance d'un générateur puisant dans la rotation de vos pneus? C'était un exemple parfaitement décent - sinon ridiculement fatigant - du même processus.

Mais tout au long de l'hémisphère sud, ils ont une vision légèrement différente du sujet. Ici, au laboratoire de biométrie de l'Institut de bio-ingénierie d'Auckland, des gens dévoués se blottissent dans l'obscurité (et dans la luminosité aussi - ce n'est pas un clan de sorcières) pour trouver un meilleur moyen. Ils pensent l'avoir trouvé.

«L'astuce, et c'est là qu'intervient notre groupe, consiste à contrôler ces générateurs pour produire de l'énergie utile en utilisant des circuits suffisamment petits et légers pour des applications portables.

Leur idée, du moins au début, supprime complètement l'élément vélo et vous demande de marcher (ou de courir) à la place. Ben O'Brien de SoftGen, la société qui prend vie actuellement autour du concept, fournit plus d'informations.

«Pour les appareils électroniques portables, nous voulons capturer l'énergie autrement gaspillée afin que l'utilisateur ne ressente pas la charge supplémentaire. Par exemple, lorsque nous nous promenons, les semelles de nos chaussures se compriment. Cette compression nécessite de l'énergie, de l'énergie qui est perdue sous forme de chaleur. Si au contraire nous remplaçons une partie de la semelle par un générateur doux, nous pouvons capter cette énergie et la convertir en électricité.

Comme toutes les technologies que nous avons présentées, l'idée fondamentale de SoftGen est avec nous depuis un certain temps déjà. Dans le cas des «générateurs de coups de talon», comme on les appelle, ce laps de temps remonte à des décennies. Mais SoftGen a ajouté une nouvelle ride sous la forme de «générateurs de muscles artificiels». Inventés en Californie au tournant du millénaire, les générateurs de muscles artificiels sont, selon O'Brien et sa société, l'étincelle qui propulse les générateurs de coups de talon dans le futur.

softgen démo générateur de muscle artificiel puissance électriqueUn générateur de muscle artificiel. L'utilisateur pousse la tige, qui déforme directement le muscle à l'intérieur de la boîte et produit de l'électricité.

«L'idée de base», explique O'Brien, «est d'appliquer une charge électrique sur une membrane élastomère déformée. Lorsque la déformation est relâchée, la charge est poussée à un état d'énergie supérieur. En cyclant la déformation et en contrôlant la mise en marche et l'arrêt de la charge, vous pouvez générer de l'énergie avec environ 10 fois la densité d'énergie des technologies concurrentes. Tout cela avec quelque chose d'aussi simple qu'un morceau de caoutchouc. «L'astuce, et c'est là qu'intervient notre groupe, consiste à contrôler ces générateurs pour produire de l'énergie utile en utilisant des circuits suffisamment petits et légers pour des applications portables.

O'Brien minimise le concept d'un avenir sans batterie, affirmant que l'énergie doit être «lissée» et stockée pendant des périodes d'activité moindre. En ce qui concerne les premiers objectifs «simples» pour la marque de récupération d'énergie de SoftGen, O'Brien dit que les générateurs de frappe au talon «pourraient alimenter des lumières vives pour la sécurité la nuit, l'électronique intégrée dans la chaussure (comme la gamme de produits Nike +) et la surveillance médicale pour les podiatres. », Ajoutant que« notre créneau particulier est celui des applications de faible puissance. Nous travaillons pour que la technologie devienne bientôt un produit de consommation réel. »

Il ne semble pas y avoir de pénurie d'énergie accessible au robinet lorsque le pied heurte le sol. Dans The Energetics of Running and Running Shoes , Martyn R. Shorten affirme qu'il peut y avoir jusqu'à 10 joules (1 joule = le travail nécessaire pour produire un watt de puissance pendant une seconde) d'énergie gaspillée par étape de course. Ceci, bien sûr, est une musique aux oreilles de gens comme O'Brien. «Théoriquement, si vous pouviez capturer tout cela, vous pourriez recharger complètement un téléphone intelligent avec une seule chaussure en une demi-heure de course. Et vos chaussures ne seraient pas différentes de ce qu'elles sont maintenant.

O'Brien accueille favorablement les technologies alternatives de récupération d'énergie, reconnaissant que ce qui pourrait convenir parfaitement dans certaines situations ou avec certaines personnes ne sera pas la panacée pour tout le monde. «L'avantage de la puissance de mouvement humain est qu'elle est toujours disponible là où nous sommes. Ce n'est peut-être pas un gros problème lorsque vous rentrez chez vous à la fin de la journée et que vous avez facilement accès à une prise murale, mais à mesure que le nombre d'appareils électroniques que nous transportons augmente, il devient ennuyeux de tous les recharger. Considérez maintenant toutes les fois où vous n'êtes pas à côté d'une prise murale, ou si vous voyagez dans un pays avec des prises différentes, ou si vous êtes sorti du réseau - en marchant ou en randonnée - ou en raison d'une infrastructure médiocre ou après une catastrophe . Dans tous ces cas, la puissance de mouvement humain devient un concept très attractif. 

[Crédit d'image: Auckland Bioengineering Institute]

De retour du futur

Bien plus tôt dans cet article, nous avons discuté du brouhaha médiatique entourant le modèle de collecte des ondes radio de l'U of Bedfordshire. Nous avons depuis appris que Ben Allen et son équipe ne sont que l'une des dizaines de ces équipes dans le monde travaillant sur une variété de technologies de récupération d'énergie ambiante à petite échelle.

«Lorsque vous avez besoin de watts et que le dispositif de récolte ne génère que des nanowatts ou des microwatts, un énorme écart existe clairement.»

Pourtant, la plupart de ces concepts sont encore loin d'être pleinement aux heures de grande écoute. En effet, il ne manque pas de personnes qui prétendent que certaines approches de la micro-récolte d'énergie ne seront jamais une solution sérieusement viable. Mosey sur des endroits tels que le forum de physique, par exemple, où vous trouverez une foule de types hyper-scientifiques pontifiant sur le sujet - beaucoup avec des conclusions moins que favorables.

Le problème principal est, comme nous l'avons vu précédemment, un matériau source plutôt faible. Lorsque vous avez besoin de watts et que le dispositif de récolte ne génère que des nanowatts ou des microwatts, un énorme écart existe clairement. Cet écart peut être comblé avec de nouvelles avancées technologiques (récolte), en associant plusieurs technologies ensemble, ou en conservant un dispositif de stockage d'énergie dédié (batterie) d'une certaine description en permanence dans l'équation. Mais toutes ces solutions ajoutent à la masse, à la complexité, au coût et au temps de R&D.

De plus, l'idée que l'une des technologies ou une combinaison de technologies que nous avons présentées remplacera complètement l'alimentation traditionnelle des appareils à forte consommation (lampes de poche, tablettes, smartphones, etc.) est au mieux fantaisiste.

Et dans l'intervalle, d'autres technologies déjà enracinées continuent d'évoluer - l'énergie solaire en est sans doute le meilleur exemple. Les applications solaires à grande échelle sont désormais monnaie courante, mais le solaire à petite échelle est déjà là - et semble bien fonctionner. Il suffit d'explorer le grand nombre de radios et de lampes de poche équipées de l'énergie solaire et même de chargeurs de batterie actuellement sur le marché pour voir combien d'entreprises ont déjà sauté dans le jeu.

Mais dans un monde qui mange le pouvoir comme un chien à travers un steak juteux, il y aura clairement un besoin croissant d'énergie «alternative» qui ne dépend pas du soleil (ou du vent) - même si ces solutions sont sources traditionnelles, ou entre elles. Considérant que chacune de ces technologies est apparemment adaptée à une si grande variété d'applications - et prises en tant que groupe semblent couvrir pratiquement toutes les bases - nous voyons un brillant avenir à long terme pour ceux qui peuvent le mieux adapter leurs idées à travers le spectre. .