Kan kroppen din bli fremtidens batteri?
Våre smartenheter blir stadig mer avanserte, men knappheten på batterikapasitet bremser nye gjennombrudd. Er menneskekroppen løsningen?
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.
Et av de største hindrene for videre utvikling av smartenheter er den manglende tilgjengeligheten på energi. Flaskehalsen kommer av at batterier alltid har en begrenset størrelse og ytelse. Presses de for hardt, kan de til og med eksplodere fra innsiden av våre smarttelefoner.
Om våre kropper hadde bidratt med energiforsyningen, kunne det åpnet for en ny teknologisk revolusjon for smartenheter. I realiteten kan store mengder med energi høstes fra kroppen vår, mer enn de fleste forestiller seg.
Varmeenergi fra huden i omgivelsestemperatur på 20 grader celsius har et potensial til å forsyne ti smarttelefoner i bruk samtidig (Carnots beregning). Denne energien er dessuten flyttbar hvor enn vi går, står eller sover. Lett tilgjengelighet på energi er nettopp det fremtiden krever.
Fremtidens behov
Verden har frem til nå opplevd en eksplosiv utvikling med over 50 milliarder smartenheter. Smarttelefoner, smartklokker, smarte sensorer og trygghetsalarmer har forandret vårt liv på flere måter. I dag har millioner av amerikanske bønder tilgang til bank via telefonen, noe som ville vært helt utenkelig kun ti år tilbake.
Selv om smartenhetene har vokst i antall, så har de ikke klart å leve opp til de astronomiske fremskrittene som ble lovet for få år tilbake. Om den teknologiske utviklingen for alvor skal sette fart, trengs nye løsninger som kan øke tilgjengeligheten på energi, samt alternativer som tar hensyn til miljøet.
Vi stjeler naturens ingeniørkunst
Robotenes drømmeverden
I science fiction-filmen The Matrix har revolusjonen allerede startet. Morpheus forklarer at menneskekroppen lager mer biologisk elektrisitet enn et 120 volts batteri og kroppsvarme tilsvarende 25.000 britiske varmeenheter. Konteksten er at robotene har tatt over verden og gjort oss til batterislaver for å brødfø sin sivilisasjon.
Nå er det er ikke bare robotene i The Matrix som forsøker å melke energien ut av oss. Ved NTNU jobber nå teknologer og forskere, inkludert undertegnede, for at flere av disse mulighetene skal bli en del av virkeligheten.
Elektrisk strøm fra blodstrøm
Det selges nå smartklokker som lader seg selv, og det utvikles svettebånd som kan brukes til å forlenge batteritiden på smarttelefonen din. Om du svetter godt, kan du forlenge brukstiden ytterligere. Mulighetene har ingen ende: Hva med klær med USB-uttak som høster energi fra din kroppsvarme og bevegelser? Eller et mikrokraftverk på innsiden av kroppen, som høster energi fra blodets bevegelse i dine årer?
Kanskje sammen med biologiske superelektroder som henter ut elektrisitet fra ladde partikler i blodet ditt? Foreløpig kan ikke batteriene fullt ut erstattes, men vi kan øke brukstiden eller redusere bruken av batterier.
I tillegg til å lage varme rusler vi cirka 10.000 skritt hver dag. Når vi beveger oss, vil benene våre vekselvis beveges og bremses. Vi kan hente gratis energi ved å hjelpe musklene våre med bremsingen. Det er dette vi på elbilspråket kaller regenerativ bremsing. Dette konseptet er allerede integrert i amerikanske militæruniformer hvor det brukes spesiallagde knestøtter med innebygde dynamoer.
En ny studie viser at knestøttene kan avlaste benenes arbeid med 3 prosent og samtidig forsyne 13 smarttelefoner.
Smarte materialer kan gi grønn energiboom
Vi trenger pålitelige batterier
Energi fra kroppen gir nye muligheter i en tid der kravet til ytelse blir stadig større. Vi vil neppe merke så mye om batteriene til våre smartenheter plutselig forbedrer seg betraktelig. Antall komponenter i våre duppedingser har doblet seg annethvert år i flere tiår allerede. Utfordringene i dag, med blant annet ladeangst ved bruk av smarttelefon, er bare småtterier i forhold til det vi har i vente.
Om vi i fremtiden skal lade og batteri-sette tusenvis eller kanskje millioner av enheter i våre nære omgivelser, blir det nesten umulig.
Allerede har én av fem amerikanske brannalarmer dødt batteri. Og verre blir det med flere enheter som plasseres på steder hvor det er vanskelig å komme til, slik som medisinsk utstyr på kroppens innside. Man snakker om mer omfattende inngrep enn å bytte batteriet på brannalarmen. I fremtiden vil døde batterier forårsake at livskritisk informasjon ikke når frem. Kroppens batteri er utømmelig.
På lag med naturen
Et annet aspekt ved voksende behov for batterikapasitet er økende miljøbelastning. Når vi kvitter oss med milliarder av batterier hvert år, havner giftige og etsende materialer på avveie. Kun 5 prosent av utbrukte litiumbatterier resirkuleres. Grunnen til dette er at gevinsten er svært lav da energien som kreves, er seks til ti ganger det som kreves for å lage batteriet. Til sammenligning gir kroppen din gratis energi fra naturlige kilder.
Det haster med nye løsninger. Vi kan imidlertid snu den negative trenden om vi blir flinkere til å melke energi fra vår egen kropp. På den måten kan vi redusere bruken av batterier, pleie miljøet og bane vei for nye teknologiske gjennombrudd.
