Disney wekt elektriciteit op met papier

Voor deze nieuwe methode van energie oogsten wordt gebruik gemaakt van elektreten, materialen met speciale elektrische eigenschappen, die al worden gebruikt in microfoons en kleine MEMS. De nieuwste toepassing is ontwikkeld door onderzoekers bij Disney Research in Pittsburgh en op de Carnegie Mellon University en zou nieuwe interactieve producten mogelijk kunnen maken, zoals boeken, posters en ander geprint materiaal waarbij geen batterij of externe voeding hoeft te worden gebruikt.

Eenvoudig

Het ontwerp van de Paper Generator is eenvoudig:  een van de mogelijkheden is het maken van een sandwich van een dunne, flexibele fil polytetrafluorethyleen – oftewel Teflon – tussen twee geleidende lagen, bijvoorbeeld films van gemetalliseerd polyster, die dienen als elektroden. Op de PTFE-film bouwt  elektrische lading op als er papier overheen wordt gewreven. Als de elektroden dan zo worden aangebracht dat ze ten opzichte van elkaar over het PTFE kunnen bewegen, wordt een kleine elektrische wisselstroom opgewekt. Deze kan worden gebruikt om een variëteit aan componenten te voeden, zoals led-arrays, e-ink displays, zoemers en infrarood-communicatiecomponenten.  

Interactiviteit in drukwerk

"Met hetzelfde werkingsproncipe is het mogelijk om papiergeneratoren te bouwen die reageren op een aantal verschillende bewegingen, zoals aantikken, aanraken, wrijven en glijden", zegt Ivan Poupyrev, researchdirecteur van de Pittsburg Interaction Group van Disney Research. "We kunnen ons verschillende manieren voorstellen om beeld, geluid en andere interactiviteit toe te voegen aan boeken en ander gedrukt materiaal – goedkoop en zonder voedingsbronnen."

Elektreten zijn het elektrostatische equivalent van permanente magneten; ze dragen een kwasi-permanente elektrische lading. Deze diëlektrische materialen kunnen zowel natuurlijke materialen zijn, zoals kwarts, als door de mens gemaakte materialen als PTFE. Andere onderzoekers demonstreerden al dat ze aantikken met de vinger konden omzetten in voeding voor led’s, met behulp van kostbare microstructuren. De Paper Generator is daarentegen bewust low-tech en goedkoop gehouden.

"Alles hieraan kan ik met de hand bouwen, in minder dan vijf minuten", zegt onderzoeker Emre Karagozler als hij een striptekening laat zien van een ruimteschip waarvan de omtrek bestaat uit een led-string die gaat branden als een papieren knop wordt aangetikt. De onderzoeker printten ook Paper Generators met conventionele inkjet-printers met cartridges met geleidende inkt.

Hoewel de geproduceerde stroom gering is – in de orde van honderste micro-ampère – bedraagt de opgwekte spanning wel 1000 V. Dat is ideaal voor het triggeren van e-paper displays, zegt Karagozler. Voor de voeding van led’s wordt de wisselstroom toegevoerd aan een kleine gelijkrichter. De energie kan ook worden opgeslagen.