Da jeep trillet, begynte LED-lampene å blinke av og på. Men i stedet for at leketøyets batteri driver lysene, som man kunne forvente, høstet en nanogenerator på jeepens dekk friksjonsenergi for å få drivstoff til dem.
Denne nanogeneratoren ble utviklet av ingeniører ved University of Wisconsin ved Madison og Zhengzhou University i Kina til slutt å gjøre ekte biler mer effektive. Ved å plassere elektroder på dekkene har forskerne funnet ut hvordan de kan fange opp energien fra det skiftende elektriske potensialet mellom dekkene og veien. Denne typen energi er normalt bortkastet, men nanogeneratorer gjør det mulig å høste den og omdirigere den mot bilens batteri, rapporterte de nylig i tidsskriftet Nano Energy .
"Jeg er ganske spent på dette, " sier prosjektleder Xudong Wang, førsteamanuensis i materialvitenskap og teknikk ved universitetet.
Nanogeneratoren fungerer etter et prinsipp som kalles triboelektrisk effekt, forklarer Wang. Den triboelektriske effekten er ladningen som kommer av å gni sammen visse typer materialer. Det statiske sjokket du får etter å ha gnidd føttene på teppet er et eksempel, og det samme gjelder ladningen som gummidekk og asfaltveier genererer når de kommer i kontakt.
Wangs team har eksperimentert med nanogeneratorer - elektroder som konverterer mekanisk energi til elektrisitet - i flere år. Forskerne legger de tommerslange elektrodeklappene på overflaten av bilens dekk for å utnytte energien og lede den tilbake mot bilens batteri. Wang vil til slutt gjerne se at teknologien forbedrer effektiviteten til elbiler.
"Vi kan sannsynligvis forbedre kjørelengden med 10 prosent, " sier Wang. "Jeg tror alle elbiler vil ønske dette."
Prosjektet må videreutvikles før bilfirmaer kan kjøpe seg inn. Bildekk må omarbeides betydelig for å innlemme nanogeneratorene. Med leketøyet Jeep ble elektrodepatcher bare plassert på dekkoverflaten. Men i en ekte bil ville denne plassering bety at elektrodene ville bli slitt nesten umiddelbart. Wang ser for seg et dekkdesign som integrerer elektrodene direkte i trinnene. Men dette er en viktig designoverhaling som vil ta alvorlig tid og penger. Wang planlegger å samarbeide med ingeniører for å finne ut det beste dekkdesignet.
"Jeg vil konstruere konfigurasjonen og se hva som er den maksimale effektiviteten vi kan nå, " sier Wang.
Leken Jeep med nanogeneratorer på dekkene (UW-Madison College of Engineering) Wang tror nanogeneratorene vil være klare til bruk i den virkelige verden en gang i løpet av de neste ti årene. Den nøyaktige tidspunktet vil avhenge av hvor vanskelig det er å konstruere forskjellige dekk, og av hvilke typer kjøretøyprodusenter som er mest interessert i å bruke teknologien.
Det er mange forskjellige bruksområder for triboelektriske nanogeneratorer [TENG], sier Wang. De fleste nanogenerator-undersøkelser gjøres i Europa eller Asia, der forskere ser på TENG-er i en rekke medier. Et team fra Georgia Institute of Technology og to kinesiske universiteter har utviklet en rullbar, papirbasert nanogenerator for å høste lydbølgenergi. Nanogeneratoren kan plasseres i en mobiltelefon for å høste energi fra menneskelige stemmer. Et annet team har utviklet en nanogenerator som kan settes inn i en sko for å utnytte gående energi. Oppfinnelsen kan potensielt drive liten elektronikk, eller til og med til slutt kunne gi sin kraft til nettet. En nylig oppfunnet gjennomsiktig TENG fanger kraften i rennende vann. Det kan integreres i bil- eller hjemmevinduer for å gjøre bruk av regnkraft, den kinetiske energien fra fallende regn.
Så lovende som TENG-er er det relativt få amerikanske forskere som for tiden driver med denne typen forskning, sier Wang.
"Investorer og den føderale regjeringen trenger å tenke mer på [TENG], " sier Wang. "Det er mange forskjellige måter å spare energi på."
