Новая тэхналогія акумулятараў у носных прыладах
Носныя прылады, такія як разумныя гадзіннікі, разумныя бранзалеты, бесправадныя навушнікі, разумныя кольцы і нават акуляры дапоўненай рэальнасці, сталі часткай сучаснага ладу жыцця. Мы носім іх увесь дзень, каб сачыць за сваім здароўем, атрымліваць апавяшчэнні, арганізоўваць трэніроўкі і нават рабіць плацяжы. Аднак за ўсімі гэтымі перадавымі функцыямі стаіць адзін фактар, які часта стварае сур'ёзнае абмежаванне: батарэя. Невялікая ёмістасць, усё больш высокія патрабаванні да энергіі і попыт на тонкія канструкцыі зрабілі інавацыі ў галіне батарэй ключавой тэмай у эвалюцыі носных прылад. У апошнія гады з'явіліся новыя тэхналогіі батарэй для вырашэння гэтых праблем — ад матэрыялаў і архітэктуры элементаў да метадаў зарадкі.
Чаму складана распрацоўваць носімыя батарэі?
Батарэі для носных прылад адрозніваюцца ад батарэй для мабільных тэлефонаў. Для носных прылад патрэбныя лёгкія, невялікія, бяспечныя і здольныя працаваць стабільна пры нашэнні на скуры або побач з целам. Унутраная прастора прылады абмежаваная, у той час як аптычныя датчыкі (напрыклад, маніторы сардэчнага рытму), GPS, падключэнне Bluetooth/Wi-Fi, OLED-дысплеі і штучны інтэлект у прыладзе спажываюць энергію. Акрамя таго, носныя прылады часта носяць падчас фізічных нагрузак, падвяргаюцца ўздзеянню поту, перападаў тэмпературы і нязначным ударам. Гэта азначае, што батарэі павінны быць устойлівымі да ўмоў навакольнага асяроддзя, герметычнымі і мець добрую цеплавую рэгуляцыю.
Паляпшэнні ў наступным пакаленні літый-іённых акумулятараў
Большасць сучасных носных прылад усё яшчэ выкарыстоўваюць літый-іённыя (Li-ion) або літый-палімерныя (Li-Po) акумулятары. Хоць гэтая тэхналогія можа здацца «старой», яна працягвае развівацца. Вытворцы зараз аптымізуюць склад катода (напрыклад, павялічваюць утрыманне нікеля ў некаторых хімічных злучэннях), каб павялічыць шчыльнасць энергіі, адначасова мінімізуючы дэградацыю. Акрамя таго, паляпшэнні ў электралітах і дадатках таксама дапамагаюць паменшыць утварэнне слаёў, якія паскараюць дэградацыю ёмістасці.
У галіне носных прылад прагрэс у літый-палімерных батарэях таксама мае вырашальнае значэнне з-за іх гнуткасці. Батарэі можна рабіць танчэйшымі і адаптаваць да канструкцый прылад, максімальна выкарыстоўваючы абмежаваную прастору. У выніку некаторыя сучасныя разумныя гадзіннікі могуць працаваць даўжэй, не ахвяруючы пры гэтым тонкасцю.
Цвёрдацельныя акумулятары: больш бяспечныя і патэнцыйна больш энергашчыльныя
Адной з найбольш абмяркоўваемых інавацый з'яўляецца цвёрдацельны акумулятар — акумулятар з цвёрдым электралітам (а не з вадкім або гелевым). Галоўная перавага цвёрдацельных акумулятараў — бяспека: зніжаецца рызыка ўцечкі і магчымасць цеплавога разгону. Гэта асабліва актуальна для прылад, якія носяцца на целе.
Акрамя бяспекі, цвёрдацельныя прылады маюць патэнцыял прапанаваць больш высокую шчыльнасць энергіі. Гэта азначае, што пры адным і тым жа аб'ёме ёмістасць можа быць большай, або прылады можна зрабіць меншымі пры тым жа тэрміне службы батарэі. Аднак цвёрдацельныя прылады ўсё яшчэ сутыкаюцца са значнымі праблемамі: вытворчымі выдаткамі, маштабамі вытворчасці і стабільнасцю інтэрфейсу паміж цвёрдым электралітам і электродамі. Тым не менш, многія кампаніі і навукова-даследчыя ўстановы працягваюць паскараць іх распрацоўку, і носныя прылады часта лічацца прыдатнай катэгорыяй для выканання ролі «моста» да камерцыялізацыі з-за іх адносна невялікіх патрабаванняў да ёмістасці ў параўнанні з электрамабілямі.
Гнуткія батарэі і батарэі нетрадыцыйнай формы
Будучыня носных прылад — гэта не толькі гадзіннікі. Шмат інавацый з'яўляецца ў выглядзе пластыраў для здароўя, разумнай адзення або прылад, якія падладжваюцца пад контуры цела. Для гэтага ключавымі з'яўляюцца гнуткія батарэі. Гэтыя батарэі распрацаваны так, каб іх можна было згінаць або выгінацца без істотнай страты прадукцыйнасці.
Новыя падыходы ўключаюць выкарыстанне электродаў на аснове кампазітаў, палімерных падкладак і сегментаваных канструкцый элементаў (напрыклад, батарэі, пабудаваныя ў выглядзе «стужак» або ўзаемазлучаных невялікіх модуляў). Гэта дазваляе размеркаваць батарэі па некалькіх частках прылады, што ліквідуе нагрузку на адну кропку і паляпшае эрганоміку. Задача заключаецца ў падтрыманні тэрміну службы і забеспячэнні бяспекі, калі батарэя падвяргаецца паўторнай дэфармацыі.
Мікрабатарэі і тонкаплёнкавыя батарэі для ультрамаленькіх прылад
Для вельмі маленькіх носных прылад, такіх як разумныя кольцы, слыхавыя апараты або мініяцюрныя медыцынскія датчыкі, звычайныя батарэі часта занадта вялікія. Менавіта тут рашэнні прапануюць мікрабатарэі і тонкаплёнкавыя батарэі. Тонкаплёнкавыя батарэі звычайна вырабляюцца з вельмі тонкіх слаёў з выкарыстаннем спецыялізаванага вытворчага працэсу. Іх перавагі ўключаюць звыштонкі профіль, добрую стабільнасць і магчымасць інтэграцыі з пэўнымі электроннымі кампанентамі.
Мікрабатарэі таксама распрацоўваюцца для падтрымкі прылад, якія патрабуюць невялікай, але стабільнай магутнасці. Хоць іх агульная ёмістасць не такая вялікая, як у батарэй у разумных гадзінніках, эфектыўнасць сістэмы і нізкае спажыванне энергіі робяць іх дастатковымі для пэўных сцэнарыяў выкарыстання.
Збор энергіі: носімныя прылады, якія зараджаюцца ад навакольнага асяроддзя
Акрамя падаўжэння тэрміну службы батарэі, яшчэ адна стратэгія — паменшыць залежнасць ад зарадкі шляхам збору энергіі. Гэтая канцэпцыя выкарыстоўвае энергію з навакольнага асяроддзя або цела карыстальніка, напрыклад:
1. Кінетычная энергія (п'езаэлектрычная/кінетычная ўборка): рухі рук або крокі могуць быць пераўтвораны ў электрычнасць.
2. Цеплавая энергія цела (тэрмаэлектрычная): розніца тэмператур паміж скурай і навакольным паветрам можа генераваць невялікую колькасць энергіі.
3. Светлавая энергія (міні-сонечныя элементы): невялікія сонечныя панэлі на раменьчыку або цыферблаце гадзінніка могуць дапамагчы падоўжыць тэрмін службы батарэі.
У цяперашні час збору энергіі звычайна недастаткова для поўнай замены батарэй, але ён можа быць вельмі карысным для запаволення зніжэння зарада і падаўжэння тэрміну службы батарэй. У прыладах з нізкім энергаспажываннем такі падыход можа нават забяспечыць практычна нулявое выкарыстанне, асабліва ў спалучэнні з інтэлектуальным кіраваннем харчаваннем.
Хутчэйшая і зручнейшая зарадка
Новыя тэхналогіі акумулятараў таксама падтрымліваюцца дасягненнямі ў зарадцы. Насільныя прылады звычайна выкарыстоўваюць магнітныя зарадныя док-станцыі або бесправадную зарадку. Расце тэндэнцыя больш хуткай зарадкі з жорсткім кантролем тэмпературы, каб прадухіліць перагрэў невялікіх акумулятараў. Акрамя таго, прыкладаюцца намаганні для павышэння эфектыўнасці бесправадной зарадкі, каб скараціць страты энергіі.
Сярод будучых канцэпцый — зарадка на стале або ўнутры чахла для навушнікаў, а таксама інтэграцыя зарадкі ў аксэсуары, такія як раменьчыкі для гадзіннікаў. Зручнасць зарадкі мае вырашальнае значэнне, бо карыстальнікі носных прылад, як правіла, неахвотна часта здымаюць свае прылады.
Роля штучнага інтэлекту і разумнага кіравання харчаваннем
Інавацыі ў галіне батарэй — гэта не адзінокі працэс. Шматлікія паляпшэнні тэрміну службы носных прылад звязаны з больш разумным кіраваннем харчаваннем. Алгарытмы могуць прадказваць звычкі карыстальнікаў, рэгуляваць частату абнаўлення экрана, вызначаць, калі актыўныя датчыкі, або аптымізаваць выкарыстанне GPS і падключэння. З дапамогай гэтых метадаў батарэі з аднолькавай ёмістасцю могуць працаваць значна даўжэй.
У будучыні інтэграцыя штучнага інтэлекту можа пайсці далей, напрыклад, знізіць спажыванне энергіі падчас сну карыстальніка або наладзіць інтэнсіўнасць датчыкаў здароўя ў залежнасці ад якасці сігналу. Спалучэнне больш працяглага тэрміну службы батарэі і больш эфектыўнага спажывання энергіі прывядзе да значнага паляпшэння карыстальніцкага досведу.
Праблемы: бяспека, перапрацоўка і рэгуляванне
Большая колькасць носных прылад азначае большую колькасць невялікіх батарэек у абарачэнні. Гэта стварае праблемы з перапрацоўкай і ўтылізацыяй электронных адходаў. Новыя тэхналогіі батарэек павінны ўлічваць больш экалагічна чыстыя матэрыялы, эфектыўныя вытворчыя працэсы і канструкцыі, якія спрашчаюць рамонт або замену батарэек.
Бяспека таксама з'яўляецца сур'ёзнай праблемай. Батарэі, якія носяцца на целе, павінны мець некалькі слаёў абароны: механізм адключэння току, датчыкі тэмпературы і канструкцыю корпуса, якая мінімізуе рызыку выхаду з ладу элементаў.
Выснова
Новыя тэхналогіі акумулятараў для носных прылад развіваюцца адначасова ў некалькіх напрамках: павелічэнне шчыльнасці энергіі, павышэнне бяспекі, укараненне гнуткіх акумулятараў для новых канструкцый, распрацоўка мікрабатарэяў для ультрамаленькіх прылад і збор энергіі з навакольнага асяроддзя. Цвёрдацельныя акумулятары з'яўляюцца моцным кандыдатам на будучыню дзякуючы свайму патэнцыялу бяспекі, у той час як тонкаплёнкавыя і гнуткія акумулятары адкрываюць магчымасць большай інтэграцыі носных прылад з целам. У рэшце рэшт, поспех інавацый у галіне акумулятараў вызначыць, ці могуць носныя прылады сапраўды быць «заўсёды ўключанымі», не патрабуючы ад карыстальнікаў пастаянна думаць пра зарадку. У бліжэйшыя некалькі гадоў мы, верагодна, ўбачым носныя прылады, якія будуць танчэйшымі, больш зручнымі, больш бяспечнымі і значна даўгавечнымі — дзякуючы скачкам у тэхналогіі акумулятараў і ўсё больш інтэлектуальнаму кіраванню харчаваннем.
Калі жадаеце, я магу адаптаваць гэты артыкул да навуковага стылю (са спасылкамі), папулярнага стылю для блогаў або засяродзіцца на адной тэхналогіі, напрыклад, цвёрдацельнай тэхналогіі або збору энергіі.
