Гаджети-2021. Телефон у 2 рази тонший, електрокар у 1,5 рази легший, а електрика — з 5G

2021 рік багатий на відкриття у сферах мікроелектроніки, роботобудування і фізики, а тому скоро ми отримаємо абсолютно переосмислені смарт-пристрої. Уявіть тільки, що ваш телефон стане вдвічі тоншим, електрокар — у півтора рази легшим. Або що вся ваша побутова техніка працюватиме зовсім без батарейок, а електроенергію виявиться легко добувати з мережі 5G.

Супершвидка зарядка

Виробники намагаються зробити все можливе, щоб скоротити час зарядки смарт-девайсів і гаджетів. Наприклад, у травні цього року компанія Xiaomi презентувала зарядний пристрій, здатний за 8 хвилин повністю наситити батарею на 4 000 мА•год за допомогою дроту і за 15 хвилин — без дроту. А що якщо телефони отримають акумулятори, здатні заряджатися в десятки разів швидше? Це цілком можливо.

Австралійська технологічна компанія Graphene Manufacturing Group спільно з Австралійським інститутом біоінженерії і нанотехнологій Квінслендського університету розробила і презентувала прототип графенового алюмінієво-іонного акумулятора, який заряджає в 60 разів швидше, ніж звичний літій-іонний. При цьому розряджається новинка втричі повільніше, а термін її служби — втричі більший. Іншими словами, під час тестування батарейка-таблетка зарядилася на 100% всього за 10 секунд.

В основі стоять нанотехнології, завдяки чому акумулятори нового типу працюють за рахунок атомів алюмінію, інтегрованих у крихітні отвори графенових пластин. Саме така "гібридна" структура робить батареї більш потужними і міцними, при цьому їм не страшні перепади температур і перегріви.

У компанії GMG сподіваються налагодити поставки графенових алюмінієво-іонних батарей наприкінці 2021-го — початку 2022 року й обіцяють оснастити такими батареями електрокари вже до 2024 року.

"Невагомі" графенові акумулятори

Ученим із Технологічного університету Чалмерса (Швеція) вдалося створити акумулятор на основі вуглецевого волокна, що має структуру, завдяки якій забезпечуються необхідна міцність та електрохімічні характеристики для збереження енергії. Дослідники впевнені, що в майбутньому їхня розробка знайде застосування в кожному електромобілі, аеротаксі, електровелосипеді, роботі, дроні, ноутбуці й іншій електроніці.

Створений ними акумулятор набагато легший, ніж літій-іонні побратими. Проблема тільки в тому, що карбонова батарея не настільки ефективна, оскільки її ємність порівнянна з 20% ємності сучасних літій-іонних акумуляторів. Але вчені впевнені, що розвʼяжуть цю проблему. Більш того, знизивши вагу електромобіля за рахунок "невагомої" батареї, можна домогтися істотного скорочення енергоспоживання.

Лейф Асп, керівник дослідницької групи, говорить, що незабаром графеновий акумулятор вдосконалять, з тим щоб досягти щільності енергії 75 Втгод/кг і жорсткості енергії 75 гПа. Тоді він стане врівень з алюмінієвими батареями, але важитиме набагато менше. Це значною мірою вплине на вагу та дизайн абсолютно будь-якого електронного пристрою, від електрокарів до смартфонів, які не тільки "скинуть зайві кілограми", але й стануть компактнішими.

Смарт-одяг замість вилки і розетки

Учені з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (США) створили "пристрій", здатний живити енергією гаджети, які носяться, добуваючи її з поту та рухів тіла людини і перетворюючи його на електрогенератор.

Це сорочка, пошита зі спеціальної мікросітки, що складається з біопаливних елементів, що живляться від поту, й оснащена генераторами із силовими дротами і суперконденсаторами для збереження видобутої електроенергії. Усі зазначені деталі легкі та плоскі, а тому легко наносяться на тканину методом трафаретного друку. Завдяки тому, що всі деталі легко гнуться, розтягуються і є водонепроникними, річ витримає кілька ручних прань.

Працює одяг так: біопаливні елементи, розташовані з виворітного боку на рівні грудей, містять ферменти, що викликають обмін електронами між молекулами лактату і кисню, присутніми в людському поті. Унаслідок утворюється безперервний електричний струм низької напруги, який подається в конденсатор для зберігання. У період тестів людина носила сорочку під час занять на велотренажері. За 30 хвилин фізичної активності їй вдалося живити енергією свій смарт-годинник.

Учені зазначають, що подібний одяг люди зможуть використовувати для зарядки "розумних" годинників, фітнес-трекерів, навушників, а в майбутньому — більших пристроїв типу смартфонів. Також вони впевнені, що акумулятори-сорочки стимулюватимуть людей рухатися якомога більше, що актуально за умов нинішнього сидячого способу життя. І, безумовно, вся ця мікроелектроніка, застосовувана під час створення речей, обовʼязково вплине на їхній дизайн, адже в тренді будуть мікросітка та сріблястий колір.

5G замість електропроводів

Ще один тренд — бездротові зарядки. Подібні системи пропонують Apple, Samsung, Xiaomi, Lenovo й інші. Але перевершити пристрій, створений вченими з Технологічного інституту Джорджії (США), їм не вдалося.

Дослідницька група анонсувала робочий прототип антени, що випрямляє (ректени), здатної не тільки збирати електромагнітну енергію із сигналів 5G, але насичувати нею акумулятори гаджетів. Так, 5G-мережа перетворилася на бездротову електромережу. Власне антена дуже маленька і тонка, розміром із гральну карту, а для її створення знадобиться тільки 3D-принтер.

Ідея збирати електроенергію з мереж бездротового звʼязку літала в повітрі давно. Розвʼязати проблему вдалося за допомогою лінзи Ротмана — гострої пластини, розташованої в центрі ректени. Додавши лінзу, вчені створили гнучку систему збору енергії, що надходить з будь-якого напрямку. Пластина здатна накопичувати її в 20 разів більше, ніж будь-які сучасні аналоги. Зрештою підключені один до одного пристрої "розумного" будинку можуть живити самі себе за рахунок збору енергії від 5G-передавача.

Однак тільки будинками й особистими гаджетами дослідники не обмежуються. За словами Еммануїла Тенцеріса, професора Школи електротехніки й обчислювальної техніки Джорджії, ректени нового покоління варто використовувати в більших системах, таких як "розумні" міста.

Тенцеріс вважає, що наступним великим сервісом в епоху 5G стане бездротове живлення "за запитом". Тобто ви зможете заряджати свої телефони, просто гуляючи на вулиці смарт-сіті, та й власне місто отримає безкоштовне джерело електроенергії, а ваші гаджети остаточно позбудуться дротів і непотрібних розʼємів.