Ловец искры

[TechSupport]

Российский физик Мартын Нунупаров изобрел альтернативный источник энергии, позволяющий создавать различные электронные устройства без батареек.



Говорят, что лень двигает прогресс. За последние сто лет в мире появилось множество мобильных устройств, облегчающих жизнь человеку. Это и карманные фонарики, и микрокалькуляторы, и мобильные телефоны, и ноутбуки, и переносные телевизоры, и пульты дистанционного управления. И, строго говоря, даже его величество автомобиль стоит в этом ряду. И у всех перечисленных полезных вещей есть общая деталь - автономный источник питания: будь то пальчиковая батарейка или аккумулятор. А они, к сожалению, не вечны. И садятся ну просто в самый неподходящий момент, доставляя гражданам неприятности.

Ученые всего мира бьются над проблемой продления жизни источников энергии. И среди них Мартын Нунупаров, российский физик-теоретик и изобретатель, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией микроэлектроники Института общей физики РАН. Он изобрел оригинальное устройство, обеспечивающее микроэлектронику электричеством, - так называемый пьезоконвертер. Именно под таким названием этот предмет уже запатентован в России, США и еще 24 странах.

- В жизни все взаимосвязано, - рассказывает Мартын Нунупаров. - В 1971 году я, молодой парнишка из Одессы, приехал в Зеленоград и поступил в Московский институт электроники, после окончания которого устроился на один из закрытых заводов в том же Зеленограде. И стал регулярно посещать знаменитые семинары академика Гинзбурга по теоретической физике. Однажды, году примерно в 1988-м, на этом семинаре услышал лекцию об электростатике. И увлекся... Впрочем, это неудивительно - с одной стороны, я физик-теоретик, а с другой - десять лет на заводе, где многое приходилось делать своими руками. Наверное, так и рождаются изобретатели.



Сезам, закройся!

Первым шагом к пьезоконвертеру стало, как ни странно, изобретение... замка. Правда, замка не совсем обычного. Каждому из нас еще в школе показывали опыты по электростатике. Вспомните расческу, которой с парты поднимали обрывки бумаги, вспомните шелковую ткань и эбонитовые палочки. Мартын Нунупаров чрезвычайно заинтересовался статическим напряжением.

- Всем известно, что два разнозаряженных предмета притягиваются, - объясняет физик. - Но обычно сила этого притяжения мала и ненадежна. Я стал экспериментировать и выяснил: специальные полимерные пластинки, заряженные определенным образом, притягиваются друг к другу с силой в несколько килограммов! При том что они заряжены зарядом всего лишь в один микрокулон.

Это побудило ученого искать возможности применения данного эффекта в технике. И уже через несколько месяцев появился первый замок Нунупарова - замок с электростатическим механизмом блокировки: при замыкании магнитным ключом ток от часовой батарейки-таблетки поступал на пластинки, они заряжались, притягивались и... оставались в таком положении. Чтобы отпереть дверь, надо было вновь прикоснуться к ней ключом. Тогда на одну из пластинок поступал заряд другой полярности, и замок отпирался. Сломать такой замок было так же сложно, как и обычный. Кроме того, в новые замки Нунупаров вводил специальные программы, ограничивавшие доступ.

- Вот смотрите, - Мартын Нунупаров подключает к замку обычный ноутбук. - Я запрещаю ключу N 1 отпирать замок в любой день, кроме воскресенья. А ключу N 2 разрешаю это делать только 8 марта. А ключ N 3 вообще исключаю из списка. А теперь, - изобретатель берет другой замок, - разрешаю третьему ключу доступ к другому помещению, второму - только 23 февраля, первому - только по рабочим дням с пяти до шести вечера.

Однако, хотя в замке Нунупарова и использовались токи малого напряжения, источником энергии все же была обычная батарейка. "А нельзя ли обойтись без нее?" - задумался физик.



Без батарейки

Показывать свои замки Мартын Нунупаров поехал в Швейцарию. "Ведь как я рассуждал: Швейцария - банки - сейфы - замки", - улыбается одессит. В Женеве, в отеле, изобретателю дали ключ от номера - магнитную карту, которую надо было вставить в считывающее устройство замка. И любознательный Нунупаров задал директору отеля один вопрос: сколько батареек для считывающего устройства гостиница покупает в месяц? Оказалось, по двенадцать штук в год на каждое устройство. "А почему вы не хотите подключиться к сети?" - поинтересовался наш соотечественник. "Таковы требования пожарной безопасности, - ответил директор. - Двери должны открываться независимо от внешних факторов, а при пожаре электроэнергию отключают сразу же". Через десять минут Мартын Нунупаров у себя в номере уже нарисовал принципиальную схему нового изобретения - замка, который не требовал батареек...

- Решение лежало на поверхности, - объясняет ученый. - Чтобы открыть дверь, надо вставить карту в считывающее устройство. То есть совершить механическое движение. Задача - преобразовать механическую энергию в электрическую. Условие - максимальный комфорт. То есть гость должен открывать дверь машинально, не задумываясь, как это делается. И вместе с тем любое законченное движение должно давать электроэнергию, пусть всего несколько микрокулонов. Чтобы хватило и на считывание с карты информации "свой-чужой", и на зарядку электростатического механизма. Не догадались? - Нунупаров выжидательно смотрит на меня. - Физик бы догадался сразу - пьезоэффект!

Поясним: пьезоэффект - это свойство кристаллов некоторых веществ при сжатии изменять кристаллическую решетку и как результат выдавать электрический заряд очень большого напряжения. Впервые это свойство у кристаллов кварца еще в 1880 году обнаружили французские физики Жак и Поль Кюри. Сегодня известно более полутора тысяч веществ, обладающих такими свойствами, из них широко используются сегнетова соль и титанат бария. Самым распространенным на сегодняшний день прибором, в котором используется пьезоэффект, является зажигалка.

Впрочем, здесь кандидат наук слегка слукавил. Искру, которую дает пьезоэлемент, надо еще "поймать и заставить работать с микропроцессором". Мартын Нунупаров придумал пьезоконвертер, состоящий из трансформатора, двух диодов и конденсатора. Опытный образец был готов через несколько месяцев. В нем батарейки уже не было - только пьезоэлемент, пьезоконвертер и электростатический механизм. Гарантия - десять миллионов циклов. Причем никакого щелчка не слышно - кристалл сжимается беззвучно.

Интрига мысли

Как это ни странно, но третий шаг Мартын Сергеевич сделал только через год. Хотя этот шаг оказался самым простым - от изобретенного Нунупаровым замка отделить изобретенный Нунупаровым пьезоконвертер. И присоединить его к другим электронным приборам, удалив из них батарейки. Первым таким прибором стал дистанционный выключатель электрического света - чтобы, лежа в кровати, можно было выключить не только телевизор, но и люстру. Роль выключателя играла кнопка обычного дверного замка. Нажимаешь - приводишь в действие пьезоэлемент. Питание поступает на радиопередатчик дистанционного управления, излучается цифровой радиосигнал - свет гаснет или включается. Причем специалист по микроэлектронике не мог не сделать несколько разных программ: хочешь - свет гаснет сразу, хочешь - постепенно затухает.

- В начале 2000 года я показал дистанционный выключатель на выставке во Франкфурте, - вспоминает Мартын Нунупаров. - Ко мне подошел один из владельцев компании Siemens Франц Кармель: "Это то, что мы пытаемся придумать много-много лет, ваши результаты нам очень интересны, приезжайте на переговоры о возможном лицензировании вашего изобретения". Я приехал, по разговору чувствую, что им интересен принцип. А умение вести патентные переговоры так, чтобы идею не смогли расшифровать, я к тому времени уже приобрел. И - переговоры ничем не закончились... Год спустя я выяснил, что в тот же вечер компания Siemens подала заявку на изобретение - беспроводные выключатели.

И на сегодня получается так, что изобретением интересуются очень многие компании, но не производством, а правами. "Но я не хочу продавать патент, - говорит Мартын Нунупаров, - я хочу производить то, что изобрел. Производить, конечно, выгодно, но главное даже не деньги, а чувство, что мое изобретение нужно! Это чувство посещает любого изобретателя сразу же после того, как получен патент. И уже не покидает никогда".

На сегодняшний день пьезоконвертер, дистанционные выключатели, безбатарейные датчики очень заинтересовали службы безопасности, шахтеров, пожарных, газовиков и нефтяников. Потому что они обеспечивают автономную беспроводную сигнализацию, в которой благодаря герметичности совершенно отсутствует возможность искрения (особенно это важно для шахтеров и пожарных, так как исключается риск взрыва). И никогда не надо менять батарейки.

О статическом электричестве ученые знали давно. Например, знаменитая Мария Склодовская-Кюри использовала это явление для изучения свойств магнитных материалов. Российский физик Мартын Нунупаров задумался о том, как использовать его в технике. На фото: Нунупаров демонстрирует свой беспроводной выключатель света.



Мартын Нунупаров достает калькулятор, в который встроен пьезоэлемент вместо батарейки. Затем щелкает клавишей пьезоэлемента и начинает делать какие-то вычисления. Я засекаю по часам - экран калькулятора горит ровно 30 секунд.

- Это игрушка, наглядное пособие. Конечно, никому не нужен калькулятор на пьезоэлементе. Но он наглядно показывает, что такое электроника без батареек. Кстати, - изобретатель улыбается, - воспринимают его лучше, чем секундомер.

- А если отбросить шутки, что вы считаете главным?

- Интригу мысли. Скажу как физик-теоретик, - Нунупаров достает лист бумаги и начинает на нем рисовать векторы и формулы. - Я хочу получить один-два килограмма механической силы. Традиционно сегодня для этого используют либо электромагниты, либо электромоторы. То есть двигатели. Но при этом мне придется поддерживать большие электрические токи через катушки этих электромагнитов или электромоторов. Получаются большие электрические затраты. А теперь, - он откладывает ручку в сторону, - возьмем электростатикуЙ Электрические затраты в десятки, в сотни, а то и в тысячи раз оказываются меньше. Пример: чтобы раздавить комара, надо приложить сто миллиджоулей энергии. Чтобы запустить микрокалькулятор, достаточно двух миллиджоулей, которые преобразуются в три вольта и обеспечивают нормальную работу в течение тридцати секунд. И я понял, как это сделать!

P. S. Задачку про то, как преобразовать механическую энергию вставляющейся в считыватель карты в электрическую, я задал пяти знакомым физикам, среди которых был даже один доктор наук. Ни один из них про пьезоэлемент даже не подумал.

По материалам itogi.ru

[Aquarius]

Я стал экспериментировать и выяснил: специальные полимерные пластинки, заряженные определенным образом, притягиваются друг к другу с силой в несколько килограммов! При том что они заряжены зарядом всего лишь в один микрокулон.

Это побудило ученого искать возможности применения данного эффекта в технике. И уже через несколько месяцев появился первый замок Нунупарова - замок с электростатическим механизмом блокировки: при замыкании магнитным ключом ток от часовой батарейки-таблетки поступал на пластинки, они заряжались, притягивались и... оставались в таком положении. Чтобы отпереть дверь, надо было вновь прикоснуться к ней ключом. Тогда на одну из пластинок поступал заряд другой полярности, и замок отпирался. Сломать такой замок было так же сложно, как и обычный. Кроме того, в новые замки Нунупаров вводил специальные программы, ограничивавшие доступ.

1)Что-то очень удивляет такая сила при таком маленьком заряде...
2)непонятно,там этот принцип положен именно в исполнительный механизм замка или в сам ключ...?

[АВС]

Это не единственная методика получения электричества.
Есть ещё изобретение Стивена Марка. Ток постоянный.

Здесь для включения телевизора и прочего оборудования постоянный ток преобразуется в переменный.

На ютубе ролики TPU by Steven Mark - part 1 (также 2, 3, 4)
Есть предположение, что Тесла первым обнаружил эту возможность получения "электричества из воздуха".
Насколько я понял, используется магнитное поле Земли. Не нужны атомные электростанции, нефть, газ....