Solarni paneli su u biti beskorisni na kiši. Ali što ako bi same kišne kapi mogle pasti na solarni panel i proizvoditi električnu energiju? Moguće je. Međutim, nema se dovoljno snage za primjenu.

Najbolje što hipotetski uređaj može učiniti je transformirati svu energiju zbog gibanja pada kapljice kiše u električnu energiju. Ta se kinetička energija obično izračunava množenjem polovice mase (m) pokretnog objekta njegovom brzinom (v), a zatim se još jednom množi brzinom.

Da bismo shvatili količinu energije koja se može ubirati od pada kišnih kapi, morat ćemo znati koliko kiše pada i koliko brzo.

Iako kišne kapi padaju kilometrima iznad zemlje, one ne ubrzavaju cijelim putem prema dolje. Umjesto toga, oni postižu terminalnu brzinu u roku od nekoliko sekundi kada sila otpora zraka uravnotežuje povlačenje gravitacije.

Budući da je terminalna brzina povezana s otporom zraka, vrijednost se razlikuje za kišne kapi različitih veličina. Primjerice, kapljica kiše s teže strane imala bi terminalnu brzinu od oko 10 metara u sekundi (m/s), dok bi kišice imale znatno manju terminalnu brzinu od 1 m/s.

Za dobrobit naše vježbe, iskoristimo neobičnu količinu kiše koja je pala u blizini Houstona tijekom uragana Harvey 2017. godine. 127 cm vode koja je tamo pala tijekom četiri dana predstavljaju oko 1,27 cm vode na sat, što je najbolja procjena koju možemo izvesti za ovaj slučaj.

Nakon potrebnih pretvorbi, matematika pokazuje da bi oko 13 kilograma vode padalo svakih sat vremena na 1 metar x 1 metar ploče koja sjedi izravno ispod pljuska (100 cm x 100 cm x 1,27 cm = 12 700 kubičnih centimetara vode).

Da bi se proizvelo dovoljno energije za prosječno kućanstvo u SAD-u, oko 1300 W, hipotetska ploča bi zauzela područje veličine nogometnog igrališta - i to tijekom povijesne kišne oluje. Također se pretpostavlja, nerealno, da su paneli 100% učinkoviti.

Iako mala količina energije iz kišnih kapi neće dugo napajati vašu kuću, postoji mnogo drugih potencijalnih primjena koje crpe inspiraciju iz sličnih ideja.

"Energija kapljica vode doista je mala, tako da ljudi nisu shvatili da se takva energija može ubirati. Ali s brzim razvojem 'Interneta Stvari' (eng. 'Internet of Things'), mnogi pametni uređaji povećavaju potražnju za distribuiranim senzorima i izvorima energije", napisala je Hao Wu. Ona je inženjerka s Kineskog sveučilišta u Hong Kongu i autorica rada objavljenog u časopisu Physical Review Letters koji je istraživao nove načine iskorištavanja kinetičke energije kapljica. "Očekuje se da će neka 'ekološka energija' kao što su kapljica vode, vjetar, pokreti u našem ljudskom tijelu poduprijeti tu potražnju."

Zuankai Wang, inženjer s Gradskog sveučilišta u Hong Kongu i autor zasebnog rada na istu temu, objavljenog u časopisu Nature, rekao je da su samostalni uređaji koji ne trebaju puno snage, kao što su medicinski uređaji za ugradnju, idealni kandidati za ostvarivanje koristi od sposobnosti prikupljanja energije iz inače neiskorištenih izvora, što bi moglo eliminirati potrebu za izmjenom baterija.

Znanstvenici razmatraju nove načine prikupljanja kinetičke energije iz kapljica unutar tijela kako bi unaprijedili taj cilj.

Ljudi su stoljećima iskorištavali moć vode. Od mlinica do hidroelektrana, mnoge uređaje pokreće kišnica koja se skuplja iz odvodnih bazena velikih do tisuća četvornih kilometara, ulijeva se u rijeke i akumulacije, a na kraju okreće teške kotače, melje žitarice i pokreće električne generatore.

Međutim, ova konvencionalna strategija prikupljanja energije, koja obično ovisi o korištenju pokretne vode za guranje kotača, ne može učinkovito generirati energiju iz sitnih izvora energije ili u minijaturnim uređajima. (Taj konvencionalni pristup ne bi funkcionirao da želite koristiti energiju iz kišnih kapi ili pokreta tijela).

I Wu i Wang koristili su kombinaciju dva fenomena za prikupljanje energije iz malih kapljica. Obje istraživačke grupe koristile su hidrofobne površine - površine koje oponašaju način na koji listovi lotosa uzrokuju da se voda ukaplji umjesto da se širi ili upija - i triboelektrični učinak, koji objašnjava način na koji dva materijala mogu proizvesti električnu energiju kada dođu u kontakt jedni s drugima, poput električnih naboja koji se nakupljaju u kišnim oblacima i uzrokuju udare groma. Istraživači koriste ove inspiracije kako bi pokušali iskoristiti izvore energije unutar tijela, a zatim shvatiti koji su uređaji najprikladniji za njihovo korištenje.

Razvoj novih načina kombiniranja i primjene tih mehanizama, starih i novih, može pomoći inženjerima u dizajniranju budućih samopogonjenih minijaturnih uređaja.

"Mnogi znanstvenici već su počeli izučavati korištenje takozvanog triboelektričnog nanogeneratora koji se mogu implantirati u medicinske uređaje", napisao je Wu. "Mislim da će biti korišteni u medicinskim uređajima koji se mogu ugraditi u bliskoj budućnosti."