Električnu energiju priroda može proizvesti na nekoliko načina. Na primjer, solarni paneli pretvaraju svjetlosnu energiju sunca, a vjetroturbine pretvaraju kinetičku energiju zraka u kretanju. Ali te se metode obično oslanjaju na jedan izvor i stoga su učinkovite samo kada je taj izvor dostupan. No, sad su istraživači Sveučilišta Northeastern u Bostonu, Sveučilišta Kineske akademije znanosti i Sveučilišta u Glasgowu zajedničkim naporima stvorili male uređaje u obliku lista koji proizvode električnu energiju iz vjetra i kiše. Ove elektrane detaljno su opisane u časopisu ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

istraživači su izradili dvije različite vrste kolektora energije: triboelektrični nanogenerator (TENG) za hvatanje kinetičke energije iz vjetra i generator energije na bazi kapljica (DEG) za prikupljanje energije iz padajućih kapi kiše. TENG se sastojao od sloja najlonskih nanovlakana u teflonskom sendviču i bakrenih elektroda. Teflon je iskorišten i za izradu vodootpornog DEG-a prekrivenog vodljivom tkaninom koja služi kao elektrode. Pod optimalnim uvjetima TENG proizvodio 252 volta, a DEG 113 volta.

Izloženi uvjetima koji oponašaju prirodni vjetar i kišu, generatori u obliku lista napajali su 10 LED-ica u kratkim treptajima, što znači da bi se uz daljnja usavršavanja ovaj sustav mogao razviti u mrežu za proizvodnju čiste energije iz prirodnih izvora, kažu istraživači.

Skupljač energije iz zraka

Istraživači MIT-a razvili su senzor s vlastitim napajanjem koji može prikupljati energiju iz svoje okoline i ne zahtijeva bateriju koja se mora ponovno puniti ili mijenjati niti posebno ožičenje. Svestrani uređaj, predstavljen u časopisu IEEE Sensors Journal, nije ograničen samo na senzore koji skupljaju energiju magnetskog polja i može se primijeniti i na one koji koriste druge izvore energije, poput vibracija ili sunčeve svjetlosti. Mogao bi se koristiti i za izradu mreža senzora za tvornice, skladišta i komercijalne prostore. 

Razvijen je i niz kontrolnih algoritama koji dinamički mjere i proračunavaju energiju koju uređaj prikuplja, pohranjuje i koristi. Mikrokontroler, "mozak" sučelja za upravljanje energijom, neprestano provjerava koliko je energije pohranjeno i odlučuje treba li uključiti ili isključiti senzor, izvršiti mjerenje ili prebaciti uređaj u viši stupanj prijenosa kako bi mogao prikupiti više energije.
Istraživači sad planiraju istražiti manje energetski intenzivne načine prijenosa podataka, poput korištenja optike ili akustike te predvidjeti koliko bi energije moglo doći u sustav ili koliko bi energije moglo biti potrebno senzoru za mjerenje, kako bi uređaj mogao učinkovito prikupiti još više podataka.

Automobilske baterije bez kobalta

Ostanimo još malo na MIT-u čiji su kemičari razvili katodu baterije temeljenu na organskim materijalima, što bi moglo smanjiti ovisnost industrije električnih vozila o rijetkim metalima. Studija u časopisu ACS Central Science pokazala je da ovaj jeftini materijal može provoditi električnu energiju sličnim brzinama kao i kobaltne baterije. Nova baterija također ima usporediv kapacitet skladištenja i može se puniti brže od kobaltnih.

Materijal se sastoji od mnogo slojeva TAQ-a (bis-tetraamino benzoquinone), male organske molekule koja sadrži tri spojena heksagonalna prstena. Ti se slojevi mogu širiti u svim smjerovima, tvoreći strukturu sličnu grafitu. Unutar molekula nalaze se spremnici elektrona kinoni i amini, koji pomažu materijalu da stvori jake vodikove veze. Te veze čine materijal vrlo stabilnim i netopivim, čime se produljuje životni vijek baterije.

Elastične strukture s 'metamaterijalima'

Tijekom proteklih deset godina istraživači su konstruirali mikrorazmjerne robote sposobne za autonomno preoblikovanje s pomoću programabilnih materijala poput DNK. Ipak, stvaranje samorekonfigurirajućih sustava na razini prikladnoj za veće pothvate, kao što je održiva gradnja u svemiru, predstavlja velik izazov. No, sad su u NASA-inom istraživačkom centru Ames osmislili inovativni robotski sustav, opisan u Science Robotics, koji koristi rekonfigurabilne metamaterijale za autonomnu konstrukciju laganih struktura visoke čvrstoće, poput skloništa. 

Strukturna jedinica "voksela" mehanički je metamaterijalni građevni blok masovno proizveden od kompozita visokih performansi ojačanih vlaknima. Ovi vokseli nude različita svojstva materijala rekombinirajući sastavne materijale i geometriju. Sastoji se od tri mobilna robota (dva za transport i jednog za pričvršćivanje), algoritma za planiranje staze i 30-centimetarskih mehaničkih jedinica od metamaterijala ojačanih vlaknima.

Usko integrirani dizajn, kažu njegovi tvorci, osigurava robusnu rekonfiguraciju i sastavljanje te pomiče složenost autonomne montaže s hardvera na softver.

Fotonski čip

Istraživači Nano instituta Sveučilišta u Sydneyu razvili su mali silikonski poluvodički čip koji kombinira elektroničke i fotonske (svjetlosne) elemente. Ova inovacija uvelike povećava radiofrekvencijski pojas i mogućnost točne kontrole informacija koje teku kroz jedinicu. Proširena propusnost znači da više informacija može teći kroz čip, a uključivanje fotonike omogućuje napredne kontrole filtera, stvarajući svestrani novi poluvodički uređaj.

Istraživači očekuju da će čip, opisan u časopisu Nature Communications, uskoro naći primjenu u naprednim radarima, satelitskim sustavima, bežičnim mrežama te u 6G i 7G telekomunikaciji. Također bi mogao pomoći u stvaranju visokotehnoloških tvornica s dodanom vrijednošću na mjestima kao što je Aerotropolis u zapadnom Sydneyu.

Prijenosna antena za komunikaciju nakon katastrofa

Istraživači Sveučilišta Stanford i Američkog sveučilišta u Bejrutu (AUB) razvili su prijenosnu antenu koja se može brzo postaviti u područjima katastrofa ili koristiti za uspostavljanje komunikacija u nerazvijenim regijama. Antena opisana u Nature Communications mala je i može se koristiti za komunikaciju sa satelitima ili uređajima na zemlji bez dodatne energije. Antena je izrađena je od kompozitnih vlakana, a signale odašilje vodljivi materijal koji prolazi kroz nju. Zahvaljujući jedinstvenoj strukturi, istraživači mogu prilagoditi uzorak i snagu tih signala u anteni razvlačeći je u duže ili kraće oblike.

Ova kompaktna antena je šuplji prsten, ne puno veći od obične narukvice. U ovom obliku, može doseći satelite sa signalom velike snage koji se šalje u određenom smjeru. A kad se rastegne, antena šalje signal slabije snage u svim smjerovima, poput Wi-Fi usmjerivača. Dakako da je treba upariti s primopredajnikom za slanje i primanje signala, uzemljenjem za reflektiranje radio valova i drugom elektronikom, ali cijeli paket i dalje teži jedva kilogram. Istraživači sad žele prilagoditi njen dizajn svemirskim letjelicama, kako bi astronauti s pomoću samo jedne antene mogli razgovarati međusobno i sa Zemljom.

Mikroelektronika iz ugljena

Ugljen bi mogao imati važnu ulogu u elektroničkim uređajima sljedeće generacije, pokazali su istraživači Sveučilišta Illinois Urbana-Champaign i njihovi partneri iz tajvanske tvrtke za proizvodnju poluvodiča. Proces koji je razvio NETL pretvara ugljen u ugljične diskove nano razmjera koji se mogu spojiti u atomski tanke membrane za primjenu u dvodimenzionalnim tranzistorima i memristorima, pokazalo je istraživanje u časopisu Communications Engineering.

Atomski tanki slojevi ugljika, dobiveni iz ugljena, korišteni su kao dielektrik vrata u dvodimenzionalnim tranzistorima izgrađenim na polumetalnom grafenu ili poluvodičkom molibden disulfidu. Time je omogućena dvostruko veća brzina rada uređaja uz manju potrošnju energije. Novi uređaji dokaz su principa za korištenje slojeva ugljika dobivenih iz ugljena u dvodimenzionalnim uređajima. Sad treba pokazati da se takvi uređaji mogu proizvoditi i u velikim količinama. 

Ritam uma: univerzalni uzorci moždanih valova

Kroz korteks mozga neuroni su raspoređeni u šest različitih slojeva koji se mogu lako vidjeti mikroskopom. Neuroznanstvenici s MIT-a sad su otkrili i da ti slojevi pokazuju različite obrasce električne aktivnosti koji su dosljedni u mnogim regijama mozga i kod nekoliko životinjskih vrsta, uključujući ljude.

U najvišim slojevima tako dominiraju brze oscilacije poznate kao gama valovi. U dubljim slojevima prevladavaju sporije oscilacije koje nazivamo alfa i beta valovi. Univerzalnost ovih obrazaca sugerira da ove oscilacije vjerojatno igraju važnu ulogu u mozgu. Neuravnoteženost u međusobnoj interakciji ovih oscilacija može biti uključena u moždane poremećaje poput poremećaja pažnje i hiperaktivnosti, kažu istraživači koji su o svojim nalazima izvijestili u časopisu Nature Neuroscience.

Njihov sljedeći korak bit će istražiti može li mjerenje oscilacija pomoći u dijagnosticiranju poremećaja te može li ponovno uravnoteženje tih oscilacija promijeniti ponašanje. 

Kontaktne leće za otkrivanje glaukoma

Glaukom pogađa oko 70 milijuna ljudi diljem svijeta i može uzrokovati nepovratan gubitak vida ako se ne liječi – ali oko polovice onih koji žive s tim stanjem toga nisu svjesni. Obično se razvija polako, a mnogi slučajevi otkriju se tek tijekom rutinskih očnih pretraga, kad je već došlo do trajnog oštećenja. No, to bi se moglo promijeniti jer su znanstvenici Sveučilišta Northumbria i Sveučilišta Boğaziçi u Istanbulu razvili kontaktne leće GlakoLens koje mogu otkriti promjene u očnom tlaku koje signaliziraju mogući glaukom.

Nove kontaktne leće, predstavljene u časopisu Contact Lens and Anterior Eye, sadrže mikrosenzore koji prate promjene intraokularnog tlaka (IOP) tijekom razdoblja od nekoliko sati i prikupljene podatke bežično šalju na analizu oftalmologu. Njihova je najveća prednost to što ukidaju potrebu za tradicionalnim pregledom; mjerenja se sad mogu lakše provoditi tijekom duljeg vremenskog razdoblja, uz točniju dijagnozu. 

Gledanje svijeta očima životinja

Različite životinje vide različit raspon boja, a neke vide i boje koje mi ne možemo, poput pčela i ptica koje mogu vidjeti ultraljubičasto svjetlo. No, sad su istraživači Sveučilišta u Sussexu i Hanley Color Laba na Sveučilištu George Mason razvili sustav kamera koje ponavljaju boje kojima različite životinje vide svijet. Ove kamere istovremeno snimaju video u četiri kanala u boji; plavoj, zelenoj, crvenoj i UV, a ti se podaci mogu obraditi korištenjem onoga što znamo o tome kako životinje vide svijet kako bismo proizveli točne prikaze svog pogleda.

Kamera otvorenog koda i softverski sustav, predstavljeni u časopisu otvorenog pristupa PLOS Biology, snimaju videozapise prirodnog izgleda životinja s više od 90% točnosti. Sustav je izrađen od komercijalno dostupnih kamera, smještenih u modularno, 3D ispisano kućište, a softver otvorenog koda dostupan je i drugim istraživačima.

Vježbanje u virtualnoj stvarnosti ublažava kroničnu bol

Pojačana tjelovježba često je na dnevnom redu u novoj godini, ali ako imate problema s pridržavanjem novom režimu tjelesne spremnosti, poslušajte savjet istraživača Sveučilišta Južne Australije koji su otkrili kako virtualna stvarnost vježbanje čini lakšim i pritom još i olakšava kronične boli. 

Studija je koristila sustav stacionarnog bicikla s VR naglavnikom. Sustav je bio bežično povezan s prilagođenim VR programom koji je omogućio upravljanje otporom sobnog bicikla i mjerio izlaznu snagu uloženog napora u vatima. Rezultati mjerenja pokazali su da kombiniranje VR-a s vožnjom bicikla povećava užitak u vježbanju za 20% te da takve vježbe traju 15% dulje od običnih vježbi na sobnom biciklu.

Supramolekularna tinta

Istraživači Berkeley Laba razvili su  "supramolekularnu tintu", novu tehnologiju za upotrebu u OLED zaslonima i drugim elektroničkim uređajima. Napravljena od jeftinih, lako dostupnih elemenata umjesto skupih rijetkih metala, supramolekularna tinta mogla bi omogućiti pristupačnije i ekološki održivije ravne zaslone i elektroničke uređaje.

Novi materijal, opisan u časopisu Science, sastoji se od praha koji sadrži hafnij (Hf) i cirkonij (Zr) koji se mogu miješati u otopini na niskim temperaturama, od sobne temperature do 80 Celzijevih stupnjeva, kako bi se formirala poluvodička "tinta".

Kompoziti supramolekularne tinte vrlo učinkovito emitiraju plavu i zelenu svjetlost, a supramolekularna tinta mogla bi se koristiti i za izradu nosivih uređaja ili visokotehnološke odjeće koja svijetli radi sigurnosti u uvjetima slabog osvjetljenja ili nosivih uređaja koji prikazuju informacije kroz supramolekularne strukture koje emitiraju svjetlost.

Održiva metoda izrade organskih poluvodiča

Organska elektronika izgrađuje se od poluvodičke plastike. Međutim, obrada tih konjugiranih polimera često zahtijeva ekološki opasna, otrovna i zapaljiva otapala, što je glavna prepreka komercijalnoj i održivoj uporabi organske elektronike. No, sad su istraživači Sveučilišta Linköping u Švedskoj razvili novu održivu metodu za preradu ovih polimera iz vode. Nalazi, objavljeni u časopisu Nature Communications, utiru put budućoj održivoj tehnologiji zahvaljujući ekološki prihvatljivijem načinu izrade vodljivih tinti za upotrebu u organskoj elektronici: solarnim ćelijama, umjetnim neuronima i mekanim senzorima. 

Stabilnost i učinkovitost nove vodljive tinte u organskim solarnim ćelijama veći su nego kod tradicionalnih materijala, kad se koristi za izradu elektrokemijskih tranzistora i umjetnih neurona pokazuje radne frekvencije slične biološkim neuronima.

Elektroluminiscentne niti

Ako je vjerovati članku objavljenom u časopisu Science Advances, čini se da su prošla vremena jednostavnih vlakana za izradu odjeće i kojekakvih potrepština. Naime, istraživači Sveučilišta Purdue u Indiani osmisli su naime prototip elektroluminiscentne niti koja može svijetliti plavo, zeleno i žuto, a da pritom zadržava svoj oblik, čak i pod strogim uvjetima strojnog vezenja. Njihova nit nudi mogućnost ugradnje pametnih značajki i detektora u odjeću i nosivu opremu što tradicionalna vlakna ili čak LED-ice ne mogu postići same.

Niti su izrađene su od izdržljive jezgre od najlonskih vlakana dopirane bakrom ili manganom za boju i obložene fleksibilnim slojem srebrnih nanožica za vodljivost, a dodan im je i zaštitni vodonepropusni sloj. Niti su u eksperimentima ušivene u razne tkanine, uključujući ručnike, prostirke i majice. istraživači su s njima izvezli razne uzorke, od mreža do leptira, zvijezde i slova P. 

Ove bi se niti mogle ušivati u kućanske elemente i odjeće koja mijenja svjetlo, osvjetljava radnu odjeću i šalje hitna upozorenja, ali i kao vizualni indikatori za praćenje zdravlja u zdravstvenoj skrbi. Dakako, prethodno se još mora poraditi na smanjenju napajanja niti i razvoju tehnika prikupljanja energije, kažu istraživači.