Умные часы без батарей: учёные создали плёнку, получающую ток из тепла тела

Учёные из Сеульского национального университета представили технологию, способную избавить умные часы и фитнес-браслеты от необходимости в батарейках. Разработанная ими тонкая гибкая плёнка генерирует электричество, используя разницу температур между кожей человека и окружающим воздухом. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Принцип основан на термоэлектрическом эффекте: когда одна сторона материала теплее другой, возникает электрический ток. Ранее инженеры сталкивались с трудностью: чем тоньше плёнка, тем быстрее тепло проходит сквозь неё насквозь, не создавая нужного перепада. Чтобы решить это, приходилось складывать материал или делать объёмные конструкции, что лишало устройства гибкости и удобства.

Новое решение сохраняет плоскую форму. Исследователи использовали эластичную силиконовую основу, в которую точечно внедрили медные наночастицы с высокой теплопроводностью. Такая структура заставляет тепло от тела двигаться не вертикально вверх, а горизонтально — вдоль поверхности плёнки. В результате рядом возникают тёплые и прохладные зоны, создающие устойчивый перепад температур, достаточный для выработки тока. Эффект имитирует сложные физические явления, при которых тепловые и электрические потоки движутся перпендикулярно друг другу, но достигается он за счёт продуманной архитектуры материала, а не за счёт громоздких элементов.

Вся сборка выполняется методом струйной печати, что делает процесс масштабируемым и относительно дешёвым. Модульная конструкция позволяет подгонять генератор под любую форму браслета или накладки на кожу. Устройство остаётся мягким, растяжимым и незаметным при носке.

Авторы подчёркивают, что технология пока находится на стадии лабораторных испытаний. Мощность текущих прототипов достаточна для питания простых датчиков и низкоэнергетических модулей связи, но для полноценных смарт-часов с ярким дисплеем потребуется дальнейшее увеличение эффективности. Тем не менее, подход открывает путь к полностью автономным носимым гаджетам, которые не требуют подзарядки и работают за счёт естественного тепла человеческого тела.

Эксперты отмечают, что подобные решения могут найти применение не только в потребительской электронике. Медицинские пластыри с датчиками, трекеры для спортсменов, элементы умной одежды — все эти устройства выиграют от отсутствия проводов и батарей. Главный вызов сейчас — повысить КПД преобразования тепла в электричество и обеспечить стабильную работу при разных условиях окружающей среды.

Разработка не содержит прямых цитат исследователей в открытом доступе, однако в научной статье авторы указывают, что ключевым достижением стало структурное моделирование поперечного термоэлектрического эффекта без усложнения формы устройства. Это позволяет сохранить комфорт при ношении и упростить производство.

Технология использует доступные материалы и совместима с существующими печатными процессами, что ускоряет путь от лаборатории к рынку. Если инженерам удастся нарастить выходную мощность, в ближайшие годы мы можем увидеть первые коммерческие устройства, которые никогда не разряжаются — потому что их «топливом» становимся мы сами.

Источник: science