Учените от Fraunhofer IZM са разработили прототип на гъвкава интелигентна гривна от сегментирани батерии (източник: Fraunhofer IZM)
Носимите устройства набират скорост – малки, компактни преносими системи, които съдържат сензори за събиране на данни с измервания на различни параметри на нашите тела. Захранването на тези сензори без жици изисква гъвкави и леки батерии, способни да се адаптират към конкретния материал и да осигуряват необходимата енергия досттъчно дълго. Микро-батерии, разработени от Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM, осигуряват техническата основа за тази нова технологична тенденция.
Носимите устройства са най-добре познати в медицината, където се използват за събиране на здравни данни, без да нарушават ежедневния жизнен ритъм на пациентите – например за дългосрочно записване на ЕКГ. Тъй като сензорите са леки, гъвкави и скрити в дрехите, това е удобен начин за продължително наблюдение.
С течение на времето технологията доби и други „ежедневни“ приложения – например фитнес-гривни, които измерват пулса на спортуващите, докато бягат. Популярни вече стават и „умните облекла“ – дрехи, в които има вградени сензори, например за планински спасители или работещи в тежка обкръжаваща среда. Този сегмент се очаква да достигне пазарна стойност от 72 милиарда евро до 2020 г.
Предизвикателства
Захранването с енергия на всички тези интелигентни принадлежности представлява значително техническо предизвикателство. Съществуват множество техническите съображения, които трябва да се спазят едновременно – дълготрайност и висока енергийна плътност, ниско тегло, максимална гъвкавост и минимален размер. Всичко това трябва да бъде съобразено.
Учените от Fraunhofer IZM са разработили прототип за интелигентна гривна, която буквално събира данни „от първа ръка“. Гъвкавата, силиконова лента, е най-интересна със своите три блестящи зелени батерии. С капацитет от 300 милиамперчаса тези батерии осигуряват захранването на гривната. Те могат да съхраняват енергия от 1,1 ватчаса и годишно губят по-малко от три процента от своя капацитет за зареждане.
С тези параметри новият прототип има много по-голям капацитет от смарт-гривните, налични на пазара досега. Това позволява на гривната да доставя енергия дори за много взискателни преносими устройства.
Успех чрез сегментиране
Сегментирането е рецептата за успех в този случай, обяснява Робърт Хан, изследовател в отдела за радиочестотни системи и смарт-сензори във Fraunhofer IZM. „Ако направите батерията изключително гъвкава, тя ще има много ниска енергийна плътност – затова е много по-добре да приемете сегментирания подход“, казва той, цитиран от phys.org.
Вместо да направят батериите изключително гъвкави, за сметка на енергийната им плътност и надеждност, учените в института се фокусирали върху проектирането на много малки и мощни батерии в съчетание с „оптимизирана монтажна технология“. Сегментите на батериите са подвижни. С други думи, интелигентната лента е гъвкава, като същевременно запазва много повече енергия от другите интелигентни гривни, налични на пазара.
Индивидуални решения
В разработването на батерии за носими устройства екипът на Fraunhofer IZM е съчетал нови подходи с дългогодишен опит в процеса на разработка, съобразени със специфичните нужди на клиентите. „Работим с много фирми за разработването на подходяща батерия за тях“, обяснява специалистът по електроника.
Екипът се консултира тясно с клиентите, за да дефинира енергийните изисквания. Внимателно се адаптират параметри като форма, размер, напрежение, мощност и капацитет – и всички се комбинират, за да образуват индивидуална концепция за захранване. По този начин се е родила и сегментираната батерия за носими устройства.