Pada tahun 2007, Eric Henderson menyaksikan daun berbentuk hati yang menyala di luar rumahnya di Iowa. Suatu gelombang menghampiri, mengelilingi cawangan pokok, menyebabkan daun menjadi berayun dalam arus udara bergolak.
"Dan itu membuat saya berfikir, " katanya.
Henderson, ahli biologi molekul di Iowa State University, mula berfikir dengan idea menuai gusts rawak ini. "Ia bukan angin yang akan pernah melihat turbin kerana ia rendah ke tanah dan ia akan melalui eddies dan swirls, " katanya. Tetapi masih ada tenaga di sana.
Ini bermula dengan obsesi dengan daun-daun yang mengkaji bentuk, aerodinamik, ayunan di provokasi sedikit. Beliau telah mengambil dua penyelidik lain dari universiti, Curtis Mosher dan Michael McCloskey, untuk membantunya, dan bersama-sama, konsep hutan palsu berkembang. Ideanya ialah dengan menghasilkan daun daripada bahan-bahan tertentu, mereka boleh menuai tenaga dari lekapan daun lentur.
Segala sesuatu bergantung pada kaedah yang dikenali sebagai piezoelektrik, yang telah ada selama lebih dari satu abad. Ditemui oleh Jacques dan Pierre Curie pada tahun 1880, mereka telah digunakan dalam pelbagai alat-dari fonograf awal (di mana piezoelektrik bertukar getaran dari jarum ke arus elektrik) untuk mencetuskan pemetik api.
Konsep ini didasarkan pada manipulasi bahan yang mempunyai pelbagai ikatan kovalen yang tetap, suatu sambungan kimia di mana dua atom berkongsi elektron. "Dalam kristal, semua [bon] itu berada dalam keadaan yang sangat diperintahkan, " kata Henderson. "Jika anda memerah, atau menolaknya, atau tweak, ia beralih." Dan jika dimanipulasi dengan betul, ini berulang-alik elektron boleh menghasilkan elektrik.
Idea idea para penyelidik adalah mudah: membina penjana elektrik berbentuk pokok dengan daun plastik yang mempunyai tangkai yang terbuat dari polyvinylidene fluoride (PVDF), sejenis plastik piezoelektrik. Pisau pokok di luar di mana-mana rantau dengan angin dan menuai tenaga sebagai daun palsu bergoyang ke sana ke mari.
Tetapi, seperti yang baru-baru ini diterbitkan dalam Journal PLOS ONE, keadaannya lebih rumit. "Ini semua sangat bagus sehingga anda cuba melakukan fizik, " kata Henderson.
Daun pokok biomimetik, dimodelkan selepas daun kapaswood, bergantung kepada proses piezoelektrik untuk menghasilkan elektrik. (Christopher Gannon) Masalah pertama adalah syarat-syarat yang diperlukan untuk benar-benar menjana elektrik, jelas McCloskey, yang juga seorang penulis di dalam kertas itu. Walaupun daunnya mengepam angin, kononnya menjana elektrik, satu-satunya cara untuk mendapatkan tenaga yang berguna adalah dari frekuensi tinggi, kerap membungkus tangkai-keadaan yang jarang ditemui dalam alam semula jadi.
Ia juga ternyata bahawa jumlah tenaga yang dihasilkan mungkin berkaitan dengan betapa cepatnya tangkai itu dibengkokkan. Apabila mereka memasang kipas sehingga bilahnya sebenarnya boleh menyerang daun apabila berputar, mereka dapat menyalakan lampu LED. Tetapi sekali lagi, ini bukan keadaan biasa.
Terdapat juga sesuatu yang dikenali sebagai kapasitans parasit, dia menjelaskan. Seperti namanya, fenomena ini serupa dengan lintah yang menghisap hidupan dari makhluk yang tidak enak. Walaupun angin boleh menghasilkan banyak tenaga kerana daun berayun, pelbagai kesan parasit - seperti daun yang menggelegar di pelbagai arah-mencuri sips tenaga itu, dengan berkesan membatalkan caj elektrik. Dan pada akhirnya, hampir tiada apa-apa yang kekal.
Untuk mengatasinya, mengumpul sisa tenaga jauh dari angin. Oleh kerana sifat bahan, tenaga hilang semasa pemindahan ke bateri. Dan walaupun mereka boleh mengenakan bateri kecil, McCloskey berkata ia akan mengambil "usia glasier."
Curtis Mosher (kiri), Eric Henderson (tengah) dan Mike McCloskey (kanan) telah memasang pokok biomimetik prototaip yang menghasilkan tenaga elektrik. Teknologi ini boleh merayu kepada pasaran khusus pada masa akan datang, menurut para penyelidik. (Christopher Gannon) Ketika pasukan itu berusaha gigih untuk mengimbangi masalah ini, mereka mula melihat orang lain mengejar idea yang sama. Dan walaupun ada percubaan yang lebih baik daripada yang lain, nampaknya banyak udara panas dari segi apa yang dikatakan oleh orang yang dapat dilakukan dengan teknologi ini, menurut Henderson dan McCloskey.
Terdapat juga syarikat yang mendakwa dapat benar-benar memanfaatkan tenaga ini. Satu, yang dipanggil SolarBotanic, berharap untuk berkahwin dengan gabungan teknologi tenaga pada setiap daun pokok palsu mereka: kuasa solar (fotovoltaik), kuasa haba (thermoelectrics), dan piezoelektrik. Masalahnya, menerangkan McCloskey, adalah berbanding dengan tenaga suria, piezoelektrik menghasilkan jumlah tenaga miniscule. Syarikat ini ditubuhkan pada tahun 2008. Sembilan tahun kemudian, hutan palsu masih belum terwujud.
Tahun lepas, Maanasa Mendu memenangi Cabaran Saintis Young 2016 dengan lelaran yang serupa dengan pokok penghasil tenaga yang palsu. Tetapi dia juga mengiktiraf batasan piezoelektrik, memasukkan sel solar fleksibel ke dalam peranti.
"Saya tidak fikir ia adalah konsep yang tidak baik untuk mempunyai kilang [palsu] atau bahkan tumbuhan sebenar yang diubah suai, " kata McCloskey. "Ia hanya skema tertentu piezoelectricity-saya tidak fikir ia akan berfungsi dengan bahan-bahan semasa."
Walau bagaimanapun, pasukan ini juga bekerja pada sudut yang lain: mensintesis bahan yang meniru protein yang terdapat di telinga manusia yang sangat penting untuk menguatkan bunyi. Walaupun butiran yang dapat mereka berikan tentang projek itu adalah terhad disebabkan pendedahan penemuan terdahulu, McCloskey boleh mengatakan bahan itu mempunyai kecekapan piezoelektrik 100, 000 kali lebih besar daripada sistem semasa mereka.
Dengan mengetepikan kaedah piezoelektrik semasa, pasukan itu adalah satu langkah di sepanjang jalan untuk memikirkan cara terbaik untuk menangani pokok tersebut. Seperti yang kononnya dikatakan Edison sambil berusaha mengembangkan bateri penyimpanan: "Saya tidak pernah gagal. Saya baru sahaja menemui 10, 000 cara yang tidak akan berfungsi. "
McCloskey menambah: "Ini adalah salah satu daripada 10, 000."
