Predstavljajte si, da pohodite po gorah, ko zaide mehur. Kljub topli dlaki telesna temperatura začne padati. Vendar se ne boj. Zaradi temperaturnih senzorjev v plašču vas zebe, ko aktivirate grelne elemente, vdelane v tkanino. Popolnoma nazdravljen, nadaljujete s pohodom.
Zveni kot pametna ideja, kajne? Zakaj to ni realnost? Z eno besedo, baterije. Tehnologija akumulatorjev ni napredovala tako hitro kot nosljiva tehnologija, kar pomeni, da so nosilne naprave - pametne ure, fitnes sledilniki, medicinski senzorji, vgrajeni v oblačila - bodisi opremljene z zajetnimi baterijami ali priključene za polnjenje v pogostih presledkih.
Zdaj imajo raziskovalci v Veliki Britaniji nov razvoj, ki bi lahko pripeljal do rešitve: prilagodljive naprave, podobne bateriji iz grafena, ki jih je mogoče neposredno natisniti na skoraj vse.
"Baterije lahko natisnete na gibko podlago, kot je tekstil, " pravi Mohammad Nazmul Karim, sodelavec na Nacionalnem inštitutu za graphene na Univerzi v Manchestru. "In to lahko hitro zaračunamo."
Naprave, ki so bile nedavno opisane v reviji 2D Materials, tehnično niso baterije, ampak superkondenzatorji, ki shranjujejo energijo na svojih površinah s statičnim nabojem. V primerjavi z baterijami jih je mogoče napolniti izjemno hitro - v nekaj sekundah in ne minutah ali urah - in ne izgubijo svojih zmogljivosti za shranjevanje energije sčasoma, tudi po milijonih in milijonih nabojev.
Superkondenzatorji, ki sta jih razvila Karim in njegova ekipa, so narejeni iz grafena, dvodimenzionalne rešetke ogljika, debelega le en atom. Raziskovalci so uporabili osnovno tehniko sitotiskanja, da so na bombažno tkanino natisnili prožen superkondenzator črnila grafen-oksida. Tkanino lahko nosite, raztegnete in celo vržete v pranje, ne da bi uničili polnjenje zmogljivosti superkondenzatorja.
"Če imate kos tkanine in nanjo nanesete grafen, ga ne naredi samo prevodnega, temveč tudi močnejšega, " pravi Karim.
Graphene je mogoče raztegniti do 20 odstotkov večje od svoje prvotne velikosti, ne da bi se zlomil. To je eden od razlogov, da se zdi, da je tako nosilen za nošenje, ki se mora gibati s telesom.
Začetni cilj skupine je uporaba grafenskih kondenzatorjev za medicinske senzorje: nosljive srčne monitorje, temperaturne senzorje in EEG senzorje za spremljanje spanja in drugih možganskih aktivnosti. Karim ocenjuje, da bi se to lahko zgodilo čez dve ali tri leta. Druga uporaba - oblačilo, ki ga napolnite svoj mobilni telefon, nosljivi računalniki, celo jakna za stabilizacijo temperature, ki sem jo opisal - bi bila bistveno naprej po cesti.
Nosljiva tehnologija - vse od pametnih ur do fitnes sledilcev do nosljivih kamer do medicinskih senzorjev, vgrajenih v oblačila - je velik posel. Nedavna analiza družbe CCS Insight kaže, da bo industrija do leta 2020 vredna približno 34 milijard dolarjev. Toda polnjenje je stalna težava za razvijalce nosljivih izdelkov. Nihče si noče sneti zapestne opreme, da bi jo polnil sredi dneva. Torej iskanje boljših baterij in alternativnih rešitev za polnjenje poteka že leta. Številna podjetja so brezžično polnjenje plačala kot val prihodnosti nosljivih predmetov - preprosto lahko stopite v svojo kuhinjo in brezžično polnilnico napolnite na steno, ko kuhate večerjo, ne da bi jo celo odnesli. Toda tehnologija je še vedno v razvoju in potrošniki so se do zdaj počasi segrevali do relativno počasnih in dragih brezžičnih polnilcev na trgu.
Karim opozarja, da tudi grafen ni srebrna krogla.
"Obstaja veliko hripa okoli grafena in moramo biti previdni, " pravi.
Glavni izziv predstavlja velika količina visokokakovostnega grafena. Grafeen nižje kakovosti je poceni in enostavno, kar je v redu za nekatere aplikacije. Toda najboljša kakovost grafena je še vedno draga in zahtevna za proizvodnjo, pri čemer se trudijo raziskovalci.
"Vzdrževanje visoke kakovosti grafena v razširljivi količini je velik izziv, " pravi Karim.
Druga pomanjkljivost grafena je, da ne vodi elektrike in kovin. Čeprav so superkondenzatorji na osnovi grafena močni in prožni, poleg tega pa so tudi relativno okolju prijazni, kondenzatorji iz srebra ali bakra bolj prevodni. Glede na uporabo je morda boljše eno ali drugo.
Pazi na ta prostor. Čez desetletje ali dve bomo morda opisali novo zimsko jakno z grafenskim superkapacitorjem, kot nalašč za vaše naslednje potovanje po Himalaji.
