Du skal på besøk på et nytt sted, men har gått deg bort. Takk og lov for GPSen på telefonen, tenker du – og i samme øyeblikk dør batteriet.

For noen er dette kanskje et kjent scenario, men om noen år er det forhåpentligvis historie.

Forskere ved University of Wisconsin-Madison har nemlig utviklet en måte å bruke energien som skapes fra en vanlig gåtur til å generere elektrisk strøm. De har så stor tro på ideen at de nå har tatt patent.

Som en omvendt motor

Når skoen treffer underlaget, tapes omtrent 10 watt kraft som varme. Ideen er derfor å forsøke å hanke inn denne energien, i stedet for å la den slippe ut i løse lufta.

Flere har forsøkt å få til dette tidligere, blant annet ved hjelp av en teknikk som heter piezoelektrisitet, der elektrisitet genereres når et materiale bøyes og bendes. Slike forsøk har imidlertid bare klart å skape noen få hundredels watt – ikke på langt nær nok til en gjennomsnittlig telefon eller mp3-spiller.

Løsningen, ifølge den nye studien publisert i tidsskriftet Nature Communications, heter electrowetting. Ideen går som følger:

Hvis du legger en dråpe av en væske som leder elektrisitet på et strømførende materiale, og så sender strøm gjennom materialet og inn i dråpen, vil den forandre form, og på den måten generere en viss energi.

Men du kan også kjøre den ideen i revers, og få elektrisitet ut av en dråpe som forandrer form.

Det er samme prinsipp som at en motor i revers blir en elektrisk generator – i stedet for energi inn og motorkraft ut, putter du inn motorkraft og får ut energi.

Fulladet på 25 minutter

De to mekaniske ingeniørene Tom Krupenkin og Ashley Taylor har gjort nettopp dette, og eksperimentert med hvilken væske som best vil kunne overføre energien fra formendringen over til strøm.

Valget falt på galinstan, en flytende metallblanding som blant annet brukes i termometre.

Galinstan har mange av de samme egenskapene som kvikksølv, blant annet at det lett forandrer form ved temperaturendringer, men i motsetning til kvikksølv er det ikke giftig.

Per i dag har Krupenkin og Taylor klart å lage et system der 150 dråper galinstan genererer strøm, som totalt gir en effekt på noen få milliwatt. Men ifølge den nye studien viser utregninger at et apparat med 1000 dråper lett kan få plass på et område på 40 kvadratcentimeter – altså innefor en skosåle.

1000 dråper vil kunne generere opp til 10 watt per steg. Dermed vil man ifølge Krupenkin kunne lade batteriet i telefonen helt i løpet av en 25 minutters gåtur.

Kan skoen bli en radio?

Et viktig spørsmål, dersom teknologien skulle vise seg å bli brukbar, er hvordan man får overført strømmen fra skoen og opp i telefonen. Krupenkin foreslår til nyhetssiden New Scientist at én løsning er en USB-kabel som kobles direkte til skoen.

– Det kan fungere for militæret, men det er nok ikke noe en vanlig bruker vil ønske i hverdagen, sier han.

En annen mulighet er at skoen gjøres om til en radio med stor rekkevidde som kommuniserer telefonmaster i det fjerne.

Det som trekker mest strøm fra telefonen din er nemlig ikke det å skrive en melding, men heller å sende denne meldingen til en telefonmast i det fjerne, som sender den videre til mottaker.

Det er samme prinsipp som å snakke med noen: Står du svært nære personen – eller telefonmasta – kan du hviske, mens du må rope når avstanden blir større.

Ideen er derfor at mobilen ”hvisker” meldingen til skoen, som ”roper” beskjeden videre til tårnet ved hjelp av kraften som genereres mens du går.

– Batteriet ville vare flere titalls ganger lengre, sier Krupenkin.

Prototype om to år

Reaksjonene fra forskerkolleger rundt om i verden har vært svært optimistiske, selv om flere venter på å få bekreftet at oppskaleringen av prosjektet vil fungere.

– Vanligvis med electrowetting bruker vi spenning til å flytte på ting. Her er det motsatt. Jeg skulle ønske jeg hadde kommet på denne ideen selv, sier Frieder Mugele, en ekspert i teknologien ved University of Twente i Nederland, til NatureNews.

– Jeg har aldri sett noe som dette før, istemmer Neil White, elektronikkekspert ved University of Southampton i Storbritannia.

Metoden er nå patentert av Krupenkin og Taylors selskap InStep NanoPower, og forskerne håper at de vil klare å ha en prototype av teknologien bygget inn i en skosåle i løpet av to år.

Kilder:

T. Krupenkin og J. A. Taylor: Reverse electrowetting as a new approach to high-power energy harvesting. Nature Communications, publisert online 23. august 2011 (les sammendrag)