Технология будущего: как превратить шум трибун в электричество

Все чаще люди задумываются о способах получения экологически чистой энергии из необычных источников. Один из них — шум. Идея появилась в XXI веке и пока далека от внедрения и реализации. Но исследователи уже создают экспериментальные системы, которые действительно способны превратить шум в электричество.

Чтобы получить энергию из звука, необходим специальный материал

Звук — это волны, возникающие в результате колебаний молекул воздуха. Топая, аплодируя или разговаривая, мы создаем вибрации, которые можно преобразовать в электричество.

Для этого необходимы специальные пьезоэлектрические материалы, которые способны вырабатывать электричество при механическом воздействии на них. Например, пьезоэлектрический мат будет генерировать небольшое количество энергии, когда кто-то наступает на него.

Идея о преобразовании шума в электричество основана на том же принципе. Такие материалы способны улавливать даже незначительные вибрации от звука или шагов. Поэтому в будущем их можно будет использовать не только в повседневной жизни, но и аэрокосмической отрасли, медицине и автомобилестроении.

На создание такой технологии школьницу из Луизианы вдохновил мультик Pixar

Гейонгюн Лили Мин, 17-летняя ученица средней школы в Лейк-Чарлзе, штат Луизиана, с детства беспокоилась об экологии. После просмотра мультфильма «Корпорация монстров» от Pixar, где энергию получали из криков испуганных детей, она задумалась, а можно ли на самом деле генерировать электричество из звука.

Девушка провела месяцы в импровизированной лаборатории, которую оборудовала в гараже родителей. Она разрабатывала основанную на пьезоэлектрическом эффекте технологию, с помощью которой можно преобразовывать громкие звуки на спортивных аренах в энергию.

Чтобы проверить теорию на практике, Лили Мин масштабировала пропорции настоящего баскетбольного зала и построила модель размером 55 на 30 см. Она использовала легкие материалы, вроде пенопласта и пластика, чтобы имитировать структуру спортивной арены.

С помощью модели девушка изучала, как шум на стадионе влияет на акустическую среду. Чтобы выяснить, где сбор энергии эффективнее, она устанавливала пьезоэлектрические генераторы в разных местах. Для эксперимента Гейонгюн использовала записи шумных спортивных мероприятий с различными уровнями громкости — от обычных 70 децибел до максимальных для стадиона 100 децибел.

В результате девушка разработала три модели устройства для генерации электричества с помощью пьезоэлектрического эффекта: Cassegrain, Gregorian и front feed. Каждая из них спроектирована так, чтобы максимально эффективно собирать энергию из шума в конкретных частях арены.

Со своим проектом Лили Мин вышла в финал крупнейшей международной научной ярмарки Regeneron International Science and Engineering Fair в 2024 году. Несмотря на поражение, она не сдается и продолжает работу над улучшением системы. Возможно, однажды она станет новым Стивом Джобсом.

В будущем технология сможет обеспечивать энергией метро, заводы и стадионы

Идея Гейонгюн имеет огромный потенциал. Разработанные ей устройства особенно полезны для шумных общественных мест: стадионов, транспортных узлов и фабрик.

Один из самых очевидных путей применения технологии — общественный транспорт. Уровень шума в метро и на железных дорогах, достигающий 90 децибел, позволит эффективно использовать устройства, которые собирают энергию из звука. Например, можно установить в вагонах пьезоэлектрические генераторы, которые будут реагировать на движение поезда и шум огромного потока людей. Они частично или полностью снабдят поезда необходимой энергией для освещения и стабильной работы оборудования.

Еще одна область применения — производство на фабриках и заводах, где уровень шума часто превышает 100 децибел из-за работы машин и оборудования. В таких условиях сгенерированная энергия будет использоваться для освещения или зарядки аккумуляторов.

Можно значительно снизить зависимость фабрик от внешних источников энергии, если разместить в разных участках устройства, аналогичные тем, которые разработала Лили Мин. Это особенно важно для тех предприятий, где энергозатраты занимают большую долю в себестоимости продукции.

Пока существуют серьезные проблемы, которые мешают использовать технологию повсеместно. Основная — низкая эффективность современных пьезоэлектрических материалов. Чтобы собрать достаточно энергии, нужно использовать большие площади, а это сильно увеличивает затраты. Поэтому ученые продолжают работать над созданием нового поколения материалов.

Вторая проблема — внешний вид пьезоэлектрических генераторов. Чтобы технология была универсальной, они должны быть компактными и устойчивыми к механическим повреждениям, которые неизбежны в условиях постоянных вибраций. Модели, предложенные Лили Мин, не соответствуют этим критериям, поэтому их сложно интегрировать в инфраструктуру.

Даже если удастся решить эти две проблемы, серьезным препятствием может стать финансовый вопрос. Например, чтобы обеспечить стабильную генерацию энергии на железнодорожной станции или в спортивном комплексе, нужно установить десятки таких устройств, но пока это слишком дорого.

Несмотря на то, что технология далека от практического применения, ученые уверены, что скоро она станет частью повседневной жизни. И уже в ближайшем будущем люди будут пользоваться носимыми устройствами, вроде умных часов, которые сделаны с использованием пьезоэлектрических материалов.

Позаботьтесь о природе вместе с магазином Спортмастер. В разделе «Планета в твоих руках» мы рассказываем, как сократить отходы и вести экологически ответственный образ жизни.

Коллаж: Спортмастер Медиа, фото: Unsplash