Как инженер, заинтересованный в сборе энергии, Шафер также знает, что передвижение животных предлагает возможности, по крайней мере, в ограниченном масштабе. В то время как солнечные панели и высокие ветряные мельницы вырабатывают электричество за счет природных сил, стая дельфинов с аккумуляторными батареями не сможет осветить город.
Но движение животных может приводить в действие небольшие устройства, которые позволяют биологам собирать информацию о поведении, которое ускользает от них в условиях ограничений современных технологий.
«Я пытаюсь взять энергию, которая окружает нас — разницу температур, механическую энергию, кинетическую энергию — и преобразовать ее во что-то полезное», — сказал Шафер, доцент кафедры машиностроения в Университете Северной Аризоны.
Как доктор.D. Студент Корнельского университета, Шафер помог воплотить это видение в жизнь, разработав то, что по сути представляет собой птичий рюкзак: сверхлегкое устройство, которое генерирует энергию за счет взмахов птичьих крыльев.
В основе устройства лежит пьезоэлектрический материал, который вырабатывает электричество при приложении давления.
Сегодня, вернувшись в свою студенческую альма-матер, Шафер исследует идеи, выходящие за рамки птиц, такие как наземные и морские приложения. Но он продолжает применять полученные уроки, включая использование системного подхода для решения инженерных задач и установление двустороннего канала связи с биологами.
«Если бы я собирался спроектировать энергоуборочный комбайн для системы здания или статический дистанционный датчик на мосту, это может быть непросто», — сказал Шафер. "Но гораздо сложнее применить эту систему к животному."
В случае птиц самым большим ограничением был небольшой вес, который они могли нести. Большинство из них весят менее 100 граммов и могут нести только около четырех процентов своей массы.
«Если у меня есть птица, хлопающая с определенной частотой и способная нести такую большую массу, я должен спросить, как я могу спроектировать что-то, чтобы максимизировать мощность в этих условиях», — сказал Шафер. "Здесь не так много права на ошибку."
Шафер указывает на «слияние технологий», которое делает сбор энергии более доступным. Эта область не нова, и были проведены исследования солнечных, пьезоэлектрических, кинетических, электромагнитных, термоэлектрических и других процессов. Но прогресс происходит быстро.
«Что действительно создало жизнеспособность технологии и действительно побудило людей исследовать сбор энергии, так это резкое снижение энергопотребления микроэлектроники», — сказал Шафер. "Теперь источники энергии с низким энергопотреблением внезапно начинают становиться жизнеспособными в качестве метода питания электроники."
Тем не менее, поскольку технический прогресс делает возможными устройства меньшего размера, Шейфер всегда должен учитывать эффекты «второго порядка», такие как отсутствие слишком сильного сопротивления для животного и изготовление устройства, с которым биологи могут легко справиться.
«У животных нет отличного способа установить инженерные системы», — сказал Шафер. «Форм-фактор — важный фактор — система должна соответствовать животному. Это действительно то, откуда вы начинаете ходить к биологам, и там много туда и обратно."