Гаджеты-2021. Телефон в 2 раза тоньше, электрокар в 1,5 раза легче, а электричество — из 5G

2021 год богат на открытия в сферах микроэлектроники, роботостроения и физики, а потому скоро мы получим совершенно переосмысленные смарт-устройства. Представьте только, что ваш телефон станет в два раза тоньше, электрокар — в полтора раза легче. Или что вся ваша бытовая техника будет работать вовсе без батареек, а электроэнергию окажется легко добывать из сети 5G.

Супербыстрая зарядка 

Производители стараются сделать все возможное, чтобы сократить время зарядки смарт-девайсов и гаджетов. Например, в мае этого года компания Xiaomi презентовала зарядное устройство, способное за 8 минут полностью напитать батарею на 4000 мА•ч по проводу и за 15 минут — без провода. А что если телефоны получат аккумуляторы, способные заряжаться в десятки раз быстрее? Это вполне возможно.

Австралийская технологическая компания Graphene Manufacturing Group совместно с Австралийским институтом биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета разработала и презентовала прототип графенового алюминиево-ионного аккумулятора, заряжающегося в 60 раз быстрее привычного литий-ионного. При этом разряжается новинка в три раза медленнее, а срок ее службы — в три раза больше. Иными словами, при тестировании батарейка-таблетка зарядилась на 100% всего за 10 секунд.

В основе стоят нанотехнологии, благодаря чему аккумуляторы нового типа работают за счет атомов алюминия, интегрированных в крошечные отверстия графеновых пластин. Именно такая "гибридная" структура делает батареи более мощными и прочными, при этом им не страшны перепады температур и перегревы.

В компании GMG надеются наладить поставки графеновых алюминиево-ионных батарей в конце 2021-го — начале 2022 года и обещают оснастить такими батареями электрокары уже к 2024 году.

"Невесомые" графеновые аккумуляторы

Ученым из Технологического университета Чалмерса (Швеция) удалось создать аккумулятор на основе углеродного волокна, имеющего структуру, благодаря которой обеспечиваются необходимая прочность и электрохимические характеристики для сохранения энергии. Исследователи уверены, что в будущем их разработка найдет применение в каждом электромобиле, аэротакси, электровелосипеде, роботе, дроне, ноутбуке и прочей электронике.

Созданный ими аккумулятор намного легче, чем литий-ионные собратья. Проблема только в том, что карбоновая батарея не столь эффективна, т. к. ее емкость сопоставима с 20% емкости современных литий-ионных аккумуляторов. Но ученые уверены, что решат эту проблему. Более того, снизив вес электромобиля за счет "невесомой" батареи, можно добиться существенного сокращения энергопотребления.

Лейф Асп, руководитель исследовательской группы, говорит, что в скором времени графеновый аккумулятор усовершенствуют, с тем чтобы достичь плотности энергии 75 Втч/кг и жесткости энергии 75 гПа. Тогда он станет вровень с алюминиевыми батареями, но весить будет намного меньше. Это в значительной степени повлияет на вес и дизайн абсолютно любого электронного устройства, от электрокаров до смартфонов, которые не только "сбросят лишние килограммы", но станут компактнее.

Смарт-одежда вместо вилки и розетки

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) создали "устройство", способное питать энергией носимые гаджеты, добывая ее из пота и телодвижений человека и превращая его в электрогенератор.

Это рубашка, сшитая из специальной микросетки, состоящей из биотопливных элементов, питающихся от пота, и оснащенной генераторами с силовыми приводами и суперконденсаторами для сохранения добываемой электроэнергии. Все указанные детали легкие и плоские, а потому легко наносятся на ткань методом трафаретной печати. Благодаря тому, что все детали легко гнутся, растягиваются и являются водонепроницаемыми, вещь выдержит несколько ручных стирок.

Работает одежка следующим образом: биотопливные элементы, расположенные с изнаночной стороны на уровне груди, содержат ферменты, вызывающие обмен электронами между молекулами лактата и кислорода, присутствующими в человеческом поту. В результате образуется непрерывный электрический ток низкого напряжения, который подается в конденсатор для хранения. В период тестов человек носил рубашку во время занятий на велотренажере. За 30 минут физической активности ему удалось питать энергией свои смарт-часы.

Ученые отмечают, что подобную одежду люди смогут использовать для зарядки "умных" часов, фитнес-трекеров, наушников, а в будущем — более крупных устройств типа смартфонов. Также они уверены, что аккумуляторы-рубашки будут стимулировать людей двигаться как можно больше, что актуально при нынешнем сидячем образе жизни. И, безусловно, вся эта микроэлектроника, применяемая при создании вещей, обязательно повлияет на их дизайн, ведь в тренде будут микросетка и серебристый цвет.

5G вместо электропроводов

Еще один тренд — беспроводные зарядки. Подобные системы предлагают Apple, Samsung, Xiaomi, Lenovo и другие. Но превзойти устройство, созданное учеными из Технологического института Джорджии (США), им не удалось.

Исследовательская группа анонсировала рабочий прототип выпрямляющей антенны (ректенны), способной не только собирать электромагнитную энергию из сигналов 5G, но напитывать ею аккумуляторы гаджетов. Таким образом, 5G-сеть превратилась в беспроводную электросеть. Сама антенна очень маленькая и тонкая, размером с игральную карту, а для ее создания понадобится только 3D-принтер.

Идея собирать электроэнергию из сетей беспроводной связи витала в воздухе давно. Решить проблему удалось при помощи линзы Ротмана — остроконечной пластины, расположенной в центре ректенны. Добавив линзу, ученые создали гибкую систему сбора энергии, поступающей с любого направления. Пластина способна накапливать ее в 20 раз больше, чем любые современные аналоги. В итоге подключенные друг к другу устройства "умного" дома могут питать сами себя за счет сбора энергии от 5G-передатчика.

Однако только лишь домами и личными гаджетами исследователи не ограничиваются. По словам Эммануила Тенцериса, профессора Школы электротехники и вычислительной техники Джорджии, ректенны нового поколения стоит использовать в более крупных системах, таких как "умные" города.

Тенцерис полагает, что следующим крупным сервисом в эпоху 5G станет беспроводное питание "по запросу". То есть вы сможете заряжать свои телефоны, просто гуляя по улице смарт-сити, да и сам город получит бесплатный источник электроэнергии, а ваши гаджеты окончательно избавятся от проводов и ненужных разъемов.