Mobily, třeste se!

Prostředí kolem nás nabízí obrovské množství energie, kterou zatím nedokážeme příliš dobře využít. Jsme obklopeni pohybem, světlem, vibracemi. Na makroskopické úrovni, ve světě velkých zařízení, existují výjimky, které dovedou tuto energii zužitkovat: třeba mlýnské kolo, větrné elektrárny, sluneční panely. Elektřinu dokážeme získat i z pohybu mořských vln. Malé přístroje, které by z „energie prostředí“ mohly profitovat nejvíc, však zaostávají.

Přesto se z otrocké závislosti na elektrické zásuvce můžeme v dohledné době částečně vymanit. Někteří vědci prohlašují, že v horizontu deseti let se mobily, kapesní počítače a další malá elektronická zařízení obejdou bez klasických baterií. Budou je totiž pohánět přirozené vibrace.

(Ne)přesný jako hodinky

Získávat energii z vibrací se již daří. Dovedou to zařízení, která jsou obdobou oscilátoru u automatických hodinek. Oscilátor pohání hodinový strojek tím, že přeměňuje kinetickou energii vznikající pohyby ruky při chůzi na energii mechanickou. Ta pak roztáčí soustavu ozubených koleček, která natahují pružinu. V tomto přístupu se ale skrývá jisté úskalí. Pokud totiž takové hodinky položíme například na přístrojovou desku v autě, žádnou energii vytvářet nebudou, i když se vibrace při jízdě zvýší. Oscilátor je totiž nastaven na určitou frekvenci odpovídající přirozenému pohybu ruky. Při jiné nefunguje.

Má-li se stát pohonnou jednotkou mobilu, je nutné systém upravit tak, aby dokázal získávat energii z vibrací, kdykoli to jde. Tajemství spočívá v efektivním využití nelineárních oscilátorů – tedy takových oscilátorů, které dokážou reagovat pružněji na okolní prostředí, nikoli jen na jednu přednastavenou frekvenci.

Příkladem je takzvaný dvoustabilní systém. Oscilátor v hodinkách má pouze jednu stabilní polohu (stav, ve kterém dokáže přeměňovat vibrace na energii), a není tedy schopen reagovat na změnu okolních podmínek (jízda v autě, běh atd.). Dvě polohy naopak oscilátoru umožňují produkovat energii prakticky neustále, i při přechodu z jedné polohy do druhé. Účinnost takového oscilátoru je o 400 až 600 procent vyšší než u jeho protějšku v hodinkách. Jak takový systém funguje, je možné vidět názorně na internetové adrese http://141.250.2.242/node/1676.

Půjde to bez baterií?

Současné oscilátory lze vyrábět v centimetrových, případně dokonce milimetrových rozměrech. Do dvou let by se měly zmenšit na tisíciny milimetru, do pěti let se dokonce možná stanou součástí nanosvěta – jejich velikost by se pohybovala v řádu pouhých miliardtin metru. Ve zmiňovaných časových horizontech bychom se pak také mohli dočkat prvních prototypů mobilních telefonů, v nichž by baterii pomáhalo několik set milimetrových oscilátorů, případně by ji úplně nahradilo několik set tisíc nanooscilátorů.

Zmenšovat a zefektivňovat se nebudou jen systémy generování energie z vibrací, ale například také články pro přeměnu světelné (sluneční) energie. Vědecké týmy proto nesázejí pouze na vibrace a shodují se na tom, že právě kombinace různých přístupů je tou správnou cestou, jak se baterií úplně zbavit. V ideálním telefonu budoucnosti se tedy nejspíš zkombinují různé systémy přirozeného napájení.

Že zamýšlená cesta funguje, dokazují i první pokusy. Jeden italský vědecký tým právě testuje bezdrátové senzory, které by v osobních vozech sledovaly řadu důležitých údajů. Nemají žádnou baterii. Energii pro svůj chod generují z vibrací vznikajících při jízdě a vypomáhají si také malými slunečními panely. Takové miniaturní přístroje by v budoucnu mohly dlouhá léta monitorovat například náš zdravotní stav a komunikovat na dálku s lékařem, případně hlídat stabilitu staveb.

Na podobných systémech pracuje řada výzkumných týmů i soukromých společností. Většinou jsou ale skoupé na slovo, o svém výzkumu mluví jen obecně a odmítají naznačit, jaká konkrétní technická řešení vyvíjejí. Není divu. Kdo tuto technologii efektivně ovládne první, odemkne si dveře k obrovskému trhu.