Hlad po energii
Člověk je tvor, který neustále shání energii a trne, že jí nebude mít dost. Hon na energii nás provází už od pravěku a neopouští nás ani v okamžicích, kdy nesměle překračujeme práh vesmíru. Naši předci se sháněli obvykle po něčem k snědku a po topivu k založení ohně. Modernímu člověku hlad většinou nehrozí a ani otep chrastí nepatří k jeho vysněným cílům. Přesto mu ztrpčuje život neustálá sháňka po energii. I ten nejzaměstnanější člověk si hlídá tři věci – jestli má v autě dost benzínu. jestli nemá vybitou bakterii v mobilním telefonu a jak dlouho mu ještě vydrží akumulátor v laptopu.
Soukromou přenosnou kapesní rafinerii ropy zatím vědci nevyvinuli. Elektrárna, která se vejde do středně velkého batohu, už ale spatřila světlo světa. Zkonstruoval ji tým vědců z University of Pennsylvania ve Filadelfii vedený Lawrencem Romeem pro potřeby americké armády, jež hledá náhradní zdroje energie za nepříjemně těžké akumulátory pro napájení GPS, vysílaček a přístrojů pro noční vidění. Nově vyvinuté zařízení vyrábí až 7,4 wattů elektřiny, což stačí například na chod GPS a celkem luxusní napájení čelové lampy. Pro toulky divočinou, záchranné akce v nepřístupném terénu nebo pro vojenskou misi je jako dělané. Případného zájemce možná poněkud odradí hmotnost od 20 do 38 kg (ta závisí na požadovaném výkonu). Každý, kdo si někdy zkusil pochodovat s třicetikilovým báglem, potvrdí, že to není procházka růžovým sadem. Jenže elektrárna v batohu se nosí překvapivě snadno. A to je její největší deviza.
Od samonabíjecích hodinek po elektrárnu v botách
Pokusů využít pohyb lidského těla k výrobě elektřiny bychom se nedopočítali. Úspěchy lze spočítat snadno a rychle. Ujaly se například samonabíjecí náramkové hodinky japonské firmy Seiko, které si vyrábějí elektřinu pomocí vnitřního mechanismu uváděného do chodu pohybem ruky. Hodinky mají malou spotřebu, a tak k jejich pohonu stačí maličké zařízení, jehož přítomnost uživatel nijak nepocítí.
Pokud potřebujeme vydatnější zdroj, musíme zapřáhnout do výroby elektřiny chůzi. Na chůzi totiž vynakládáme během dne zdaleka nejvíc energie. Už v šedesátých letech sestrojili vědci z věhlasného Massachusetts Institute of Technology zařízení, které využívalo k výrobě elektřiny chůzí piezoelektrických krystalů. Montovalo se do bot pod patu. Každým došlápnutím se krystaly stlačily a generovaly elektřinu. Jejich výkon se pohyboval kolem 15 miliwattů, což je zoufale málo. Nestačí to ani na napájení mobilního telefonu, který vyžaduje příkon 1 až 2 watty. V sedmdesátých letech spatřily světlo světa systémy využívající k výrobě elektřiny teplo lidského těla. Principiálně byla zvládnuta i zařízení využívající k výrobě energie metabolické pochody uvnitř buněk. Jejich vývoj ale nepokročil dále než k laboratorním modelům napájeným buňkami grapefruitu.
Záhadná úspora
Batohová elektrárna Lawrence Romea funguje na jednoduchém principu. Jejím srdcem je velké závaží zavěšené na pružinách. Během chůze se závaží pohupuje nahoru a dolů. Přitom se pomocí ozubeného mechanismu uvádí do otáčivého pohybu „kolečko“ pohánějící elektrický generátor. Čím vyšší jsou požadavky na výkon batohu, tím těžší musí být závaží – a tím větší náklad také člověk nese. Při testech se ale ukázalo, že člověk může s batohem pochodovat s překvapivě malým výdejem energie. Výrazně menším, než jaký vyžaduje nošení stejně těžkého obyčejného batohu, jehož obsah nehopsá na pružinách. Jak je to možné?
Pohyb závaží v batohu je synchronizován s tempem chůze. Největší nároky na nosiče kladou okamžiky, kdy závaží klesá. V té chvíli tlačí člověka v zemi. Dochází k tomu ale právě v momentech, kdy člověk došlapuje na nataženou nohu. Ta se chová jako pevná opěra. Tlak závaží nesou kosti a klouby a člověk nemusí k jeho kompenzaci vynakládat svalovou práci. V okamžiku, kdy se člověk odráží a dělá další krok, jde závaží v batohu nahoru. Závaží mu tak pomáhá v pohybu – „táhne“ ho – a šetří mu energii. Toto vysvětlení zatím nebylo potvrzeno experimenty a příslušným měřením. Pokud je však správné, využívá podobného triku jakým zvládají nošení těžkých břemen ženy z afrického kmene Kikujů. Ty nosí na hlavě často náklad přesahující 20 kg. Chodí přitom zvláštním krokem, při kterém se břemeno pohybuje podobně jako kyvadlo. Také tyto přebornice v nošení nákladů se nechávají postrkávat setrvačnými silami břemene.
Podle biomechanika Arthura Kua z University of Michigan má před sebou elektrárna v batohu skvělou budoucnost. Kuo předpokládá, že zařízení má velké rezervy. Dalším vývojem výrazně stoupne jeho účinnost a batoh nebude muset být tak těžký.
Diskuze:
