Ериц Хендерсон је 2007. године на ветру испред свог дома у Ајови гледао лишће у облику срца у облику срца. Пупак је прошао кроз вретено око грана дрвећа, узрокујући да лишће осцилира у бурном струјању зрака.
"И то ме је натерало да размишљам", каже он.
Хендерсон, молекуларни биолог са Државног универзитета у Иови, почео је да се игра са идејом да сакупи ове насумичне покрете. "Вјетар никада неће видјети турбину, јер је низак до тла и пролази кроз мале вртлоге и вртлоге", каже он. Али још увек постоји енергија.
То га је покренуло у опседнутости лишћем - проучавајући њихове облике, аеродинамику, осцилације при најмањој провокацији. Регрутовао је још два истраживача са универзитета, Цуртиса Мосхера и Мицхаела МцЦлоскеија, како би му помогли и заједно је концепт лажне шуме процветао. Идеја је била да се стварањем лишћа из одређених материјала могу прикупити енергије из савијајућих листова.
Све је зависило од методе познате као пиезоелектрика, која постоји већ више од једног века. Открили су их Јацкуес и Пиерре Цурие 1880. године и коришћени су у разним направама - од раних фонографа (где су пиезоелектричари претворили вибрације из игле у електричну струју) до упаљача.
Концепт се заснива на манипулацији материјалима који имају правилан низ ковалентних веза, хемијске везе у којој два атома деле електроне. "У кристалу, све те [везе] су у врло уређеном стању, " каже Хендерсон. „Ако га стиснете, гурнете или притиснете, он се помера.“ А ако се правилно манипулише, ово пребацивање електрона напред и назад може да ствара електричну енергију.
Основе идеје истраживача биле су једноставне: изградити генератор електричне енергије у облику дрвета са пластичним листовима који имају стабљике направљене од поливинилиден-флуорида (ПВДФ), врсте пиезоелектричне пластике. Пухајте дрво напољу у било ком региону ветрич и убијте енергију док се лажни одлази наопако.
Међутим, како су недавно објавили у часопису ПЛОС ОНЕ, ситуација је много сложенија. „Све звучи сјајно док не покушате да се бавите физиком“, каже Хендерсон.
Листови биомиметичког стабла, по узору на лишће памучног дрвета, ослањају се на пиезоелектричне процесе у производњи електричне енергије. (Цхристопхер Ганнон) Прва невоља је услов потребан за стварну производњу електричне енергије, објашњава МцЦлоскеи, који је и аутор овог рада. Иако лишће лепрша на ветру, наводно стварајући електричну енергију, једини начин да се добије корисна енергија је из високофреквентног, редовно размакнутог савијања стабљика - стање које се у природи ретко налази.
Такође се испоставило да количина произведене енергије може бити повезана са тиме колико брзо се стабљике савијају. Када су поставили вентилатор тако да се његови ножеви заправо ударају у лист док се врти, могли су да упале ЛЕД. Али опет, ово није уобичајена ситуација.
Постоји и нешто познато као паразитски капацитет, објашњава он. Као и његов имењак, овај је феномен сличан пијавици која усисава животну снагу из несретног створења. Иако ветар наводно може да произведе много енергије док лишће осцилира, различити паразитски ефекти - попут листова који вијуга у више праваца - краду гутљаје те енергије, ефикасно поништавајући електричне набоје. И на крају, једва ишта остаје.
На крају, прикупљање тих остатака енергије далеко је од ветра. Због природе материјала, енергија се губи током преноса на батерију. Иако би могли напунити малу батерију, МцЦлоскеи каже да ће им требати "глацијално доба".
Цуртис Мосхер (лево), Ериц Хендерсон (средина) и Мике МцЦлоскеи (десно) саставили су прототип биомиметичког стабла које производи електричну енергију. Истраживачи би, према истраживачима, у будућности могли да дођу до ниша на тржишту. (Цхристопхер Ганнон) Како је тим неуморно радио на надокнади тих проблема, почели су да виде како други прогоне исту идеју. И иако су неки покушаји бољи од осталих, чини се да има доста врућег ваздуха у погледу онога што људи тврде да могу да ураде са овом технологијом, према Хендерсон и МцЦлоскеи.
Постоје чак и компаније које тврде да могу заиста искористити ову енергију. Један, назван СоларБотаниц, нада се да ће се удати за амбициозну комбинацију енергетских технологија на сваком листу свог лажног стабла: соларну енергију (фотоволтаика), топлотну снагу (термоелектричари) и пиезоелектрике. Проблем, објашњава МцЦлоскеи, је што у поређењу са соларном енергијом, пиезоелектричари производе минисулу количину енергије. Компанија је основана 2008. Девет година касније, промашена шума тек треба да се материјализује.
Прошле године Маанаса Менду победила је у 2016. години Иоунг Сциентист Цхалленге сличном итерацијом лажног стабла које производи енергију. Али и она је признала ограничења пиезоелектричних уређаја, уграђујући флексибилне соларне ћелије у уређај.
"Не мислим да је лош концепт имати лажну биљку или чак праву фабрику која је модификована", каже МцЦлоскеи. "То је само та посебна шема пиезоелектричности - мислим да неће радити са тренутним материјалима."
Тим, међутим, такође ради под другим углом: синтетишујући материјал који опонаша протеин који се налази у људском уху и који је кључан за појачавање звука. Иако су детаљи који би могли дати о пројекту ограничени због открића проналаска у току, МцЦлоскеи може рећи да материјал има пиезоелектричну ефикасност 100.000 пута већу од њиховог тренутног система.
Одбацујући тренутне методе пиезоелектрике, тим је корак на путу ка проналажењу најбољег начина за борбу са дрвећем. Као што је Едисон наводно рекао док се борио да развије батерију за складиштење: „Нисам изневерио. Управо сам пронашао 10.000 начина који неће функционисати. “
МцЦлоскеи додаје: "Ово је једно од тих 10.000."
