研究者たちは、大気中の湿度の変化を利用して少量の電力を生成し、小さな重りを持ち上げ、さらにはおもちゃの車に動力を供給する装置を構築しました。物事の壮大な計画では、その捕獲されたエネルギーは無料ではありませんが、かなり近いものです.この研究は、多くの電力を必要としないさまざまなガジェットを操作するために蒸発を使用できることを示唆しています、と科学者は言います.
「これは、湿度が燃料源になり得ることを示す最初の実験の 1 つです」と、オランダのアイントホーフェン工科大学の材料科学者で、新しい研究には関与していない Albert Schenning は言います。チームのデザインは「とても素晴らしく、とても賢い」と彼は言います。
コロンビア大学の生物物理学者でチーム リーダーの Ozgur Sahin 氏によると、すべてのガジェットは単純な現象に依存しています。細菌の胞子が空気中の水分を吸収して放出する際のサイズの変化です。 Sahin と彼の同僚は、Bacillus subtilis の生きているが休眠状態の胞子を使用しました 、土壌および人間の消化管で一般的に見られる細菌の種。各胞子は通常、乾燥した空気から非常に湿った空気に移動し、再び戻ると、最大 6% 膨張してから収縮します、と Sahin 氏は言います。研究者は、ポリマーの湾曲したシートの片側に胞子の薄い層を接着することにより、そのサイズ変化作用を利用しました。胞子が膨らむと、ポリマー シートのその側が長くなり、湾曲したシートが幾分まっすぐになりました。これらの胞子でコーティングされたポリマー シートの伸縮は、チームのデバイスの原動力です。
サイズの 6% の変化はそれほど印象的ではないかもしれません。しかし、研究者がこれらの一連のポリマー シートをつなぎ合わせたところ、彼らが作成した「人工筋肉」は、相対湿度が 30% 未満から 80% 以上に変化すると、長さが 4 倍になった、とチームは本日 Nature Communications .
胞子層が厚いほど、筋肉が湿度の変化に反応するのに時間がかかります.そのため、人工筋肉が速効性であることを確認するために、研究者は非常に薄い胞子層を使用しました。厚さは 3 マイクロメートル以下、または平均で約 5 胞子の深さです、と Sahin は言います。テストでは、デバイスが 3 秒以内に湿度の変化に反応できることが示されました.
テストでは、胞子でコーティングされたポリマー ストリップが、可動範囲をほとんど変更せずに 100 万回を超えるサイクルで膨張および収縮できることも明らかになりました。他の試験では、ストリップが収縮すると、自重の 50 倍以上を持ち上げることができました (ビデオ)。しかし、それらは動物の筋肉よりもはるかにゆっくりと動作したため、それらが生成する力、つまりエネルギー生産率はそれに対応して低かった.
それでも、チームは湿度の変化を利用して実際の作業を行いました。あるデバイスでは、郵便切手サイズの水のパッチの上に吊り下げられた 1 つの人工筋肉によって駆動される前後の動きが、LED を点灯させるのに十分な電力を供給しました。別の例では、観覧車のような装置 (濡れたペーパー タオルからの蒸発によって空気が加湿された場所) の片側の筋肉の拡張が、もう一方の側ではなく、車輪が回転する原因となる不均衡を引き起こしました (ビデオ)。チームは、同様の車輪の動きを使用して、100 グラムのおもちゃの車に動力を与えました (ビデオ)。
「これらは楽しいデモンストレーションですが、原理を証明しています」と、ドイツのポツダムにあるマックス プランク コロイドおよび界面研究所の材料科学者である Peter Fratzl は言います。たとえそれが小さくても、研究者は常にエネルギー源を探している、と彼は述べています。 「これらのグラデーションを [湿度で] 使用することは理にかなっています。なぜなら、それらはどこにでもあり、自由だからです。」
ハーバード大学の化学者であるジョージ ホワイトサイド氏は、チームの結果は概念的な出発点として優れていると述べています。そのようなデバイスは、理論的には、いくつかのトランジスタを動かすのに十分な電力を生成できると彼は付け加えた。 「しかし、これらのものがすべての子供の浴槽に入るまでには、まだしばらく時間がかかります。」
