Kali berikutnya anda melayari lapangan terbang untuk menangkap pesawat anda atau menghentam bergerak di lantai tarian, anda juga boleh menjana tenaga yang bersih dan hijau. Sekurang-kurangnya, itulah harapan Xudong Wang dan pasukan penyelidiknya di University of Wisconsin-Madison.
Para jurutera telah mencipta jenis lantai baru yang diperbuat daripada bahan-bahan yang mampan yang mengubah langkah kaki menjadi tenaga yang boleh digunakan. Dan bahagian yang terbaik ialah ia diperbuat daripada bahan buangan yang biasa: pulpa kayu.
Dengan kenaikan harga minyak yang dijangka hanya sekitar sudut, mencari sumber baru tenaga hijau-tenaga adalah penting. Walaupun solar nampaknya berpegang teguh, dengan kapasiti suria AS meningkat sebanyak 43 peratus setiap tahun dan inovasi lain seperti tekstil suria bulan jauh dari pasaran, masih ada keperluan untuk berfikir di luar kotak tetingkap cerah.
Masukkan Wang dan pasukan penyelidikannya.
"Ini adalah sumber tenaga yang sama sekali berbeza, " kata Wang, seorang profesor ilmu pengetahuan dan kejuruteraan bahan di UW-M. Penyelidikan ini dijalankan oleh Wang, pelajar siswazahnya, Chunhua Yao, dan beberapa yang lain, dan telah diterbitkan dalam Nano Energy pada bulan September ini. "Matahari berasal dari matahari, dan tenaga jenis ini berasal dari orang yang berjalan atau sepeda yang lewat. Dan ia dimanfaatkan sepenuhnya berbeza. "
Ia juga mempunyai kawasan permohonan yang sama sekali berbeza daripada solar kerana ia tidak bergantung kepada langit yang cerah untuk berfungsi; semua yang diperlukan adalah beberapa orang untuk berjalan menyeberanginya. Lantai Wang menjana tenaga melalui getaran, yang dikenali sebagai triboelektrik.
"Kami menggunakan papan penuaian tenaga triboelektrik yang diperbuat daripada serat selulosa yang dirawat secara kimia untuk menarik elektron, " kata Wang, yang mengakui bahawa butiran kimia tidak boleh dilepaskan sehingga proses semakan paten selesai.
Para penyelidik secara kimia merawat nanofibers pulpa kayu bahawa lantai dibuat dengan dua bahan yang berbeza dikenakan, supaya apabila seseorang berjalan di lantai, serat-serat ini kemudian berinteraksi satu sama lain, sama dengan elektrik statik. Elektron yang dikeluarkan oleh getaran ini kemudiannya ditangkap oleh kapasitor yang dilekatkan ke lantai dan tenaga disimpan untuk digunakan kemudian. Palamkan bateri atau peranti lain ke dalam kapasitor, dan tenaga boleh digunakan.
Nanofibers pulpa kayu di lantai itu dirawat secara kimia dengan dua bahan berlainan yang berbeza, supaya apabila seseorang berjalan di lantai, serat ini berinteraksi dengan satu sama lain. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang percaya bahawa lantainya boleh menjadi perkara yang besar untuk bangunan hijau, kerana ia merupakan sumber tenaga yang boleh diperbaharui yang murah yang menggunakan bahan kitar semula. Memasang lantai jenis ini lebih sesuai daripada rakan-rakannya yang lebih mahal, seperti panel suria, kerana penggunaan pulpa kayu lestari dan berlimpah.
Wang mengatakan bahawa ia boleh diletakkan di kawasan yang mempunyai trafik kaki yang tinggi seperti lapangan terbang, stadium sukan atau pusat membeli-belah. Malah, Wang berharap bahawa lantai triboelektrik akan berkembang melangkaui kegunaan komersil dan menyusup ke rumah sebagai lantai yang boleh mengenakan lampu dan perkakas. Produk akhir akan kelihatan sama dengan lantai kayu yang telah dipasang di berjuta-juta rumah.
Ideanya ialah untuk akhirnya menggunakan reka bentuk inovatif ini untuk menangkap "tenaga pinggir jalan." Namun, reka bentuk Wang tidak seperti teknologi semasa yang telah digunakan untuk jenis bahan piezoelektrik berasaskan penuaian-dan, Wang berkata, "pulpa kayu mungkin lebih terdedah kepada keadaan yang teruk, "bermakna ia memerlukan antaramuka atau pembungkusan yang lebih baik untuk berfungsi sebagai pengganti asfalt.
Seperti mana-mana jenis teknologi baru, terdapat beberapa batasan awal.
"Cabaran terbesar untuk tenaga triboelektrik adalah tidak konvensional, " kata Eric Johnson, editor-in-chief emeritus jurnal Environmental Impact Assessment Review . "Untuk berjaya, ia memerlukan pelaburan. Pelabur seperti kebiasaan, jika tidak pasti-sesuatu yang mereka tahu. "
Johnson menunjukkan bahawa banyak teknologi arus perdana semasa mempunyai rintangan yang sama untuk melompat. Solar, sebagai contoh, sekali konsep yang sukar ditelan, kini secara harfiah menguasai pasaran tenaga boleh diperbaharui.
Walau apa pun, kerana industri tenaga alternatif terus membuat kemajuan besar di dalam pasaran, Johnson mengatakan bahawa keputusan untuk bergerak maju dengan banyak inovasi ini umumnya kurang bergantung pada teknologi sebenar dan lebih banyak mengenai ekonomi dan keselamatan yang dirasakan.
Oleh itu, Wang dan pasukannya perlu membina prototaip untuk menguji lantai pada skala yang lebih besar.
"Sekarang ini, sekeping kecil yang kami uji di makmal kami adalah kira-kira empat inci persegi dan boleh menghasilkan satu kuasa miliaran, " kata Wang. Pasukan ini melakukan pengiraan mudah untuk kawasan lantai 10 kaki hingga 10 kaki yang ditutup dengan lantai triboelektrik mereka. Dengan mengandaikan bahawa purata 10 orang berjalan di kawasan itu dan setiap orang mengambil dua langkah setiap saat, output tenaga keseluruhannya adalah kira-kira 2 Joule sesaat. Untuk meletakkan cara lain, Wang mengatakan bahawa jumlah tenaga yang dihasilkan akan sama dengan kira-kira 30 peratus daripada bateri iPhone 6.
"Oleh kerana ini adalah pendekatan yang kos efektif kerana menggunakan bahan kitar semula, " kata Wang, "kami cuba membuatnya ke dalam panel lantai yang besar untuk memasangnya di tempat trafik yang tinggi untuk benar-benar menguji berapa banyak kuasa yang dapat dihasilkan."
Mereka bekerja dengan Makmal Produk Hutan yang berasaskan Madison, yang merupakan satu-satunya makmal persekutuan yang berdedikasi untuk penyelidikan produk hutan dan digunakan terutamanya oleh Perkhidmatan Hutan AS. Makmal membekalkan bukan sahaja serat pulpa kayu tetapi juga membantu pasukan mewujudkan prototaip yang lebih besar.
Nasib baik, Wang boleh memilih kawasan trafik yang tinggi di kampus UW-M untuk mengujinya. Dengan lebih daripada 43, 000 pelajar di kampus di mana-mana diberikan mereka, prototaipnya pasti akan mendapat latihan besar.
