Motion, slidbare enheder, sved og elektricitet
Indholdsfortegnelse:
Hvad hvis du kunne bruge den menneskelige krop til at drive elektroniske enheder?
En gruppe forskere ved University of California San Diego (UCSD) gør netop det.
AnnonceAdvertiseI en artikel, der blev offentliggjort i tidsskriftet Energy & Environmental Science, rapporterede forfatterne deres nylige opfindelse af et fleksibelt hudplaster, der genererer elektricitet fra menneskelig sved.
"Det er som et batteri, men strømmen genereres af et kemikalie kaldet lactat," fortalte Amay Bandodkar, forfatterens første forfatter, Healthline.
Nu en postdoktor ved Northwestern University, afsluttede Bandodkar for nylig en ph.d. i nanoengineering ved UCSD.
Annonce"Laktat i sved forbruges i grunden af denne plaster, der genererer elektricitet, som kan bruges til at drive andre medicinske anordninger", sagde han.
Plasten viser en åben kredsløbsspænding på 0,5 volt, og en effekttæthed på næsten 1. 2 milliwatt pr. Cm kvadreret.
AnnonceAdvertisementDet repræsenterer den højeste effektdensitet registreret til dato for en bærbar biobrændselscelle. Faktisk er det næsten 10 gange kraftigere end tidligere enheder.
Hidtil har udviklerne brugt plaster til at drive en lysdiode (LED) og en Bluetooth Low Energy (BLE) -radio.
I fremtiden tror de, at det kan bruges til at strømforsyne sensorer designet til at overvåge brugerens sundhed og fitness.
"På nuværende tidspunkt har vi alle disse bærbare sensorer og systemer, der kræver store batterier. Og mange gange er vægten af batteriet meget højere end vægten af den aktuelle enhed, "forklarer Bandodkar. "Men hvad du har med denne patch er et energi-høstsystem på kroppen, som kan generere elektricitet fra din krop og bruge den til at drive andre bærbare systemer. "
Ved at eliminere behovet for omfangsrige batterier kan bærbare biobrændselsceller hjælpe eksperter med at udvikle mindre og lettere medicinsk udstyr, som kan bæres på kroppen og også drevet af det.
AnnonceAdvertisementLæs mere: Hvor sårbare er personlige medicinske apparater til hackere? »
Strækbar nok til hud
Selv om der er brug for mere forskning, repræsenterer denne patch en betydelig udvikling inden for bærbare biobrændstofceller.
Ud over at udvise høj effektdensitet er den også fleksibel nok til at overholde menneskekroppen.
Annonce"For at gøre en bærbar enhed skal vi gøre den meget fleksibel eller endog strækbar", fortalte Yue Gu, medforfatter af papiret og andenårige ph.d.-studerende ved UCSD, Healthline.
Ellers vil enheden bryde under bevægelsesbelastningen.
AnnonceAdvertisementFor at skabe en fleksibel enhed arrangerede forskerne stive 3-D carbon nanorørstrukturer i en strækbar "øbro" -konfiguration.
I dette design er fastbundne øer forbundet med slangebroer.
Når de udsættes for bevægelse, afbrydes og deformeres broerne.
AnnonceDette giver broerne mulighed for at rumme stress, samtidig med at de begrænser belastningen på øerne.
"Vi kunne indarbejde mange aktive biobrændselscellematerialer i disse 3-D carbon nanorørstrukturer," forklarer Bandodkar. "Så var vi i stand til at sætte disse stive strukturer oven på disse isolerede øer. Så selv da vi strakte det, blev ingen af strækningen oplevet af disse strukturer. "
AnnonceAdvertisement" Således var vi i stand til at opretholde høj effektdensiteten, mens de stadig har de bløde strækbare egenskaber indarbejdet, "tilføjede Bandodkar.
Denne innovative tilgang tillod forskerne at skabe en bærbar biobrændselscelle, der kan generere stabil strøm i to dage, på trods af gentagen strækning.
Ifølge Gu er det den første enhed, der integrerer en biobrændselscelle i øbrobygningen.
Læs mere: Forbrugere som bærbar teknologi ved at bekymre sig om datasikkerhed »
Samarbejde er nøglen
For at udvikle en sådan enhed er tværfaglig samarbejde kritisk.
Medlemmer fra tre forskellige forskningsgrupper ved UCSD var involveret i dette projekt, herunder grupper ledet af medforfattere Joseph Wang, PhD; Sheng Xu, PhD; og Patrick Mercier, PhD.
"Professor Wangs gruppe har ekspertise i at lave biobrændselscelleens aktive komponenter," forklarer Bandodkar. "Professor Xu's gruppe har ekspertise i at lave disse bløde, strækbare øbrobygninger. Og professor Merciers gruppe har erfaring inden for lavenergi elektronik. "
Tidligere har forskere fra disse grupper også arbejdet med andre bærbare teknologier.
For eksempel har Bandodkar, Wang og kolleger tidligere udviklet tatoveringslignende sensorer designet til at overvåge elektrolyt- og glukoseniveauer.
De er nu interesserede i at lære, om biobrændstofcelleplaster kan bruges til at drive sådanne sensorer.
"Når vi arbejdede på disse slags ting, er batteriet altid et problem," sagde Bandodkar. "Nu, hvad vi vil gøre er at bruge disse biobrændstofceller til at drive kemiske sensorer. Det er noget, vi er ved at udforske. "
Ved hjælp af deres tværfaglige samarbejde hjælper skaberne af biobrændstofcelleplaster huden med bærbare sundhedsfølere og systemer.
