Un gruppo di ricerca guidato dal Professor Wei-Hsin Liao del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e dell'Automazione, L'Università cinese di Hong Kong (CUHK) ha sviluppato un raccoglitore di energia leggero e intelligente basato su materiali per estrarre energia dal movimento umano, generando energia inesauribile e sostenibile semplicemente camminando.

Nello specifico, il dispositivo può catturare l'energia biomeccanica dal movimento del ginocchio umano e quindi convertirla in elettricità che può essere utilizzata per alimentare dispositivi elettronici indossabili come pedometri, monitor sanitari, e GPS. Questo lavoro è stato pubblicato in Lettere di fisica applicata e consigliato come articolo in primo piano dagli editori.

Finora, i ricercatori hanno sviluppato grandi dispositivi per utilizzare il movimento umano per generare elettricità, come i raccoglitori di energia basati su generatori elettromagnetici per catturare energia quando le persone camminano su tapis roulant o vanno in bicicletta. Però, questi dispositivi ingombranti ostacolano la locomozione degli utenti e allo stesso tempo ne aumentano il carico, a causa del peso considerevole e della grande forza di interazione tra le mietitrici e il corpo umano. Ciò limita notevolmente l'ampio utilizzo di questi dispositivi. Per superarlo, un team di ricerca guidato dal professor Liao ha proposto e sviluppato un raccoglitore di energia leggero che impiega compositi piezoelettrici in macrofibra integrati con nuove strutture meccaniche.

I compositi piezoelettrici in macrofibra sono materiali leggeri, che può produrre elettricità in deformazione. L'energy harvester proposto utilizza un raggio di flessione e un meccanismo a manovella a scorrimento per catturare il movimento del ginocchio umano durante la deambulazione. Quindi, il movimento catturato viene utilizzato per deformare i pezzi di compositi in macrofibra piezoelettrici legati alla trave di piegatura in modo che l'elettricità venga prodotta quando il ginocchio umano si flette o si estende.

Il professor Liao ha detto, "L'articolazione del ginocchio umano ha una gamma di movimento più ampia rispetto ad altre articolazioni degli arti inferiori come la caviglia e l'anca, che consente ai raccoglitori di energia di catturare il movimento più facilmente e generare più elettricità." Il prototipo di raccoglitore, realizzati con compositi piezoelettrici in macrofibra, può generare una potenza media di 1,6 mW, quando chi lo indossa cammina a circa 2-6,5 km/h. L'elettricità generata è efficiente per alimentare dispositivi elettronici indossabili comuni come i cinturini intelligenti. Per di più, il prototipo pesa solo 307 grammi. Quando si cammina con esso, il costo metabolico di chi lo indossa è quasi lo stesso di quando si cammina senza il dispositivo. A differenza degli attuali raccoglitori di energia basati su generatori elettromagnetici, il leggero raccoglitore di energia basato su materiali intelligenti può catturare energia dal movimento umano senza aumentare il carico di chi lo indossa. Si prevede che promuoverà in modo significativo l'uso di raccoglitori di energia biomeccanici.

Il professor Liao ha affermato, "Questo apparato attirerà molta attenzione da alpinisti ed escursionisti. Se si perdono in montagne remote o in una natura selvaggia dove la rete elettrica non è disponibile, il dispositivo può trarre energia dal loro movimento e convertirla in elettricità, consentendo a chi lo indossa di monitorare continuamente i propri segni vitali, conoscere la loro posizione, o anche inviare un segnale SOS in qualsiasi momento quando hanno bisogno di aiuto. Attualmente, ci stiamo concentrando sul miglioramento delle prestazioni della mietitrice riducendo il peso del dispositivo e aumentando l'efficienza della raccolta di energia. Abbiamo in programma di commercializzare la mietitrice e commercializzarla collaborando con i produttori di abbigliamento per incorporare il dispositivo nell'abbigliamento sportivo".