Выигрышным фактором при извлечении максимума из светового дня являются особенности эволюции растений.
Инженеры разработали солнечные панели, которые копируют умение подсолнуха с помощью нанотехнологий.
При создании тонких структурных материалов, чувствительных к температуре, учёные разработали крошечные «ножки», которые поворачиваются к источникам яркого света. Это формирует подвижную платформу, способную существенно повысить эффективность различных солнечных технологий.
Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета штата Аризона назвали свою систему подсолнечным биомиметическим всенаправленным трекером, или SunBOT.
Любое безассоциативное действие при изменении условий внешней среды из биологической точки зрения считается врожденным поведением. Цветочные бутоны, раскрывающиеся с восходом солнца и замыкающиеся перед заходом, ярко иллюстрируют это явление.
Химикам удалось без особых трудностей разработать синтетические материалы и структуры на основе натрия, способные открываться и закрываться, а также изгибаться и скручиваться при изменении яркости света или температуры.
Природа обладает и другим, более тонким поведением, которое ведёт существа к благополучию и удалит от опасностей.
Такие тропические способы взаимодействия проявляются, когда подсолнухи поворачивают цветки к солнцу, нагревая семенные головки для приманивания насекомых-опылителей.
Поиск солнца, или гелиотропизм, принес бы пользу устройствам, таким как фотоэлектрические. Те самые работают лучше всего, когда освещаются прямым солнечным светом большой мощности, а не рассеянным.
С практической стороны света, падающего под углом примерно 75 градусов, несёт в 75 раз меньше энергии, чем свет от верхнего источника.
Чтобы устранить потерю плотности энергии при наклонном падении, исследователи изучили гели и полимеры, способные предсказуемо реагировать на свет или тепло.
Для более глубокого анализа отобранные материалы включают гидрогель с золотыми наночастицами, свернутый из светочувствительных полимеров клубок и жидкий кристалл эластомер, размещённый в светопоглощающем красителе.
Каждый прибор напоминал нитку миллиметра толщиной, протяженностью в несколько сантиметров. При воздействии лазера миниатюрные искусственные стебли мгновенно отвечали на тепло света, сжимаясь с одной стороны и расширяясь с другой, заставляя нить изогнуться и склониться к лазеру.
Исследователи испытывали синтетических подсолнухов, поместив большое количество солнечных роботов в воду, где те находились на границе между водой и воздухом.
Команда измерила объем выделяемого водяного пара, чтобы оценить, насколько установка преобразует солнечный свет в тепло.
Изменение доли паров свидетельствовало о том, что солнечные роботы собирали энергию на склонах в четыре раза эффективнее, чем обычная плоская поверхность.
Исследователи демонстрируют возможность использования различных материалов как синтетического тропического материала и заявляют, что их устройства могут решить проблемы снижения эффективности в системах, где причиной является движущийся источник энергии.
Газоны маленьких любителей света можно применить для наклона различных процессов получения энергии от солнца, начиная от миниатюрных солнечных батарей и заканчивая установками для очистки воды с помощью парообразования.
По мнению разработчиков SunBOTs, небо — если не пространство за ним — является фактически границей для подобных технологий.
Эта работа может быть полезна для усовершенствованных солнечных комбайнов, адаптивных приемников сигналов, интеллектуальных окон, автономной робототехники, солнечных парусов для космических кораблей, управляемой хирургии, саморегулирующихся оптических устройств и интеллектуального производства энергии (например, солнечных элементов и биотоплива), а также обнаружения и слежения за энергичными выбросами с помощью телескопов, радаров и гидрофонов.
Несмотря на то, что часть этих предсказаний может сбыться, будущее синтетических тропических материалов неизбежно будет светлым.
Это исследование было опубликовано в журнале .