Вдохновленные классической игрушкой-птицей-пьющей, ученые из Гонконга и Гуанчжоу (Китай) разработали двигатель, который эффективно преобразует энергию испарения воды в электричество для питания небольшой электроники. Согласно исследованию, опубликованному 14 марта в журнале Device, устройство вырабатывает выходную энергию, превышающую 100 вольт, что намного выше, чем другие методы, генерирующие электричество из воды, и может работать в течение нескольких дней, используя всего 100 миллилитров воды в качестве топлива.

«Трибоэлектрический гидроэлектрический генератор пьющей птицы предлагает уникальное средство для питания небольшой электроники в условиях окружающей среды , используя воду в качестве легкодоступного источника топлива», — сказал Хао Ву, профессор Южно-Китайского технологического университета и первый автор исследования. «Я до сих пор удивляюсь и воодушевляюсь, наблюдая за реальными результатами».

Игрушка-пьяная птица, также называемая «птичкой-птичкой», на протяжении десятилетий была неотъемлемой частью научных классов. Игрушка состоит из двух стеклянных колб, соединенных стеклянной трубкой, внутри которой хранится легколетучая жидкость — хлористый метилен.

Верхняя луковица, состоящая из клюва птицы и декоративного цилиндра, покрыта материалом, напоминающим войлок, а тело птицы подвешено на двух пластиковых ножках. После того как голову птицы окунают в стакан с водой, вода начинает испаряться. Это приводит к разнице давлений , из-за которой жидкость в нижней колбе поднимается по трубке до тех пор, пока не заполнит голову, в результате чего птица ныряет вперед в воду, чтобы «напиться», прежде чем процесс начнется снова.

Когда Ву работала постдоком в группе профессора Цзуанкай Вана в Гонконгском политехническом университете и ломала голову над тем, как создать более высокое выходное напряжение от генератора энергии испарения, она вспомнила об игрушке-пьющей птице и была поражена идеей, что ее можно использовать в качестве больше, чем инструмент для демонстрации физических концепций.

«Я начал размышлять над тем, сможем ли мы сначала преобразовать энергию испарения в механическую энергию , а затем перевести ее в электричество», — сказал Ву. «Именно тогда в голову пришла идея использовать игрушку-птицу-питьницу. Благодаря этому вдохновению родилась концепция трибоэлектрического гидроэлектрического генератора-птицы-питья».

Чтобы сконструировать генератор, Ву и его коллеги разместили два трибоэлектрических наногенераторных модуля, которые собирают механическую энергию, по обе стороны двигателя для пьющих птиц, который они реконструировали из коммерческой игрушки для пьющих птиц. Исследователи протестировали прототип с разнообразной мелкой электроникой, используя его для питания 20 жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев), датчиков температуры и калькуляторов.

По словам Ву, главной задачей исследования было преодоление трения, которое замедляло работу генератора. Исследователи прикрепили волокна с рисунком в качестве материалов для переноса заряда в модулях трибоэлектрического наногенератора. Эта стратегия помогла уменьшить трение и позволила устройству работать более плавно.

На следующем этапе своих исследований команда планирует разработать новую птицу-питьницу вместо использования имеющейся в продаже игрушки с целью более эффективного преобразования испарения воды в электрическую энергию.

«Кроме того, мы изучим различные возможности применения этого устройства с конечной целью предоставить практичный продукт, который можно будет использовать в нашей повседневной жизни», — сказал Цзуанкай Ван, автор исследования и профессор кафедры Гонконгского политехнического университета.