Упражнения, изношенные устройства, пот и электричество
Оглавление:
Что делать, если вы можете использовать человеческое тело для питания электронных устройств?
Группа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) делает именно это.
РекламаРекламаВ статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science, авторы сообщили о своем недавнем изобретении гибкого скин-патча, который генерирует электричество от человеческого пота.
«Это похоже на батарею, но сила генерируется химическим веществом, называемым лактатом», - сказал Амай Бандодкар, первый автор статьи, в Healthline.
Теперь постдокторант в Северо-западном университете, Бандодкар недавно закончил аспирантуру по наноинженерии в UCSD.
Реклама«Лактат в поту в основном поглощается этим патчем, который генерирует электричество, которое может использоваться для питания других медицинских устройств», - сказал он.
Патч имеет напряжение разомкнутой цепи 0,5 вольта и плотность мощности почти 1. 2 милливатт на сантиметр в квадрате.
РекламаРекламаЭто самая высокая плотность мощности, зарегистрированная на сегодняшний день для пригодной для носки биотопливной камеры. Фактически, это почти в 10 раз мощнее, чем предыдущие устройства.
До сих пор разработчики использовали патч для питания светодиода (LED) и Bluetooth Low Energy (BLE).
В будущем они считают, что они могут использоваться для питания датчиков, предназначенных для мониторинга здоровья и пригодности носителей.
«Сейчас у нас есть все эти носимые датчики и системы, которым требуются громоздкие батареи. И много раз вес батареи намного выше, чем вес фактического устройства, - пояснил Бандодкар. «Но то, что у вас есть с этим патчем, - это система сбора энергии на теле, которая может генерировать электричество из вашего тела и использовать его для питания других пригодных для носки систем. «
Устраняя необходимость в громоздких батареях, пригодные для носки биотопливные элементы могут помочь специалистам в разработке небольших и легких медицинских устройств, которые можно носить на теле и питаться от него.
РекламаРекламаПодробнее: Насколько уязвимы персональные медицинские устройства для хакеров? »
Растяжка достаточно для кожи
В то время как требуется больше исследований, этот патч представляет собой значительное развитие в области пригодных для носки биотопливных клеток.
Помимо высокой плотности мощности, он также достаточно гибкий, чтобы соответствовать человеческому телу.
Реклама«Чтобы сделать носимое устройство, мы должны сделать его очень гибким или даже растягиваемым», - сказал Юй Гу, соавтор статьи и второй студент PhD в UCSD.
В противном случае устройство сломается под напряжением движения.
РекламаРекламаЧтобы создать гибкое устройство, исследователи устроили жесткую трехмерную структуру углеродных нанотрубок в растяжимую конфигурацию «остров-мост».
В этом дизайне прочно соединенные острова соединены серпентинными мостами.
Когда они подвергаются движению, мосты разматываются и деформируются.
РекламаЭто позволяет мостам выдерживать стресс, ограничивая нагрузку на острова.
«Мы смогли включить в эти трехмерные структуры углеродных нанотрубок много активных материалов биотопливных элементов», - пояснил Бандодкар. «Тогда мы смогли поставить эти жесткие структуры поверх этих изолированных островов. Таким образом, даже когда мы растягивали его, ни одна из них не была испытана этими структурами. «
РекламаРеклама« Так мы смогли поддерживать плотность высокой мощности, при этом сохраняя мягкие растяжимые свойства », - добавил Бандодкар.
Этот инновационный подход позволил исследователям создать пригодную для носки клетку биотоплива, которая может генерировать стабильную энергию в течение двух дней, несмотря на неоднократное растяжение.
По словам Гу, это первое устройство, которое объединяет ячейку биотоплива в дизайн островного моста.
Подробнее: потребители, такие как износостойкие технологии, беспокоятся о безопасности данных »
Сотрудничество является ключевым
Чтобы разработать такое устройство, междисциплинарная командная работа имеет решающее значение.
В этом проекте участвовали члены трех различных исследовательских групп в UCSD, в том числе группы, возглавляемые соавторами Джозеф Ванг, PhD; Шэн Сюй, доктор философии; и Патрик Мерсье, доктор философии.
«Группа профессора Ванга имеет опыт в создании активных компонентов биотоплива, - пояснил Бандодкар. «У группы профессора Сюй есть опыт в создании этих мягких, растяжимых конструкций островных мостов. Группа профессора Мерсье обладает опытом в области электроники с низким энергопотреблением. «
В прошлом исследователи из этих групп также работали над другими пригодными для ношения технологиями.
Например, Bandodkar, Wang и его коллеги разработали татуировочные датчики, предназначенные для контроля уровня электролита и глюкозы.
Теперь им интересно узнать, можно ли использовать патч для кожи с биотопливом для питания таких датчиков.
«Когда мы работали над такими вещами, батарея всегда была проблемой», - сказал Бандодкар. «Теперь, что мы хотим сделать, это использовать эти биотопливные ячейки для питания химических датчиков. Это то, что мы находимся в процессе изучения. «
Благодаря их междисциплинарному сотрудничеству создатели патча кожи на основе биотоплива помогают продвигать поле носимых датчиков и систем здоровья вперед.
