Progres în tehnologia wearable: căldura emisă de corpul uman, convertită în electricitate pentru a alimenta senzorii dispozitivelor purtabile de monitorizare a sănătății
În cadrul Universității din Washington au fost dezvoltate o serie de prototipuri electronice auto-sustenabile (self-sustainable), flexibile și foarte rezistente, capabile să transforme energia termică emisă de piele în electricitate. Energia electrică obținută poate fi apoi utilizată pentru a alimenta senzorii din dispozitive wearable precum ceasurile inteligente și brățările fitness, adresând astfel două mari provocări ale instrumentelor de monitorizare a parametrilor vitali – durata de viață a bateriei și timpul de încărcare.
Comparativ cu majoritatea instrumentelor care convertesc energia termică în energie electrică, ale căror structuri sunt rigide și adesea casante, dispozitivul dezvoltat la Universitatea din Washington este moale, flexibil și rezistent, capabil să se muleze cu lejeritate pe încheietura mâinii. Toate proprietățile care le caracterizează fac aceste prototipuri să fie candidații ideali în construirea senzorilor wearable auto-sustenabili.
Aplicațiile acestor mici termogeneratoare electrice depășesc sfera tehnologiei wearable, putând fi folosite pentru reîncărcarea bateriilor dar și în centrele speciale de date în care se lucrează cu echipamente care consumă foarte multă electricitate (atât pentru a funcționa în sine, cât și pentru a se răci și rămâne la o temperatură optimă). Posibilitățile de utilizare a acestor dispozitive sunt cu atât mai ample cu cât ele funcționează și în sens invers, fiind capabile să transforme electricitatea în energie termică. Astfel, pot fi implicate în aplicații ce privesc încălzirea sau răcirea suprafețelor.
Dezvoltarea și testarea prototipului au fost detaliate într-un studiu publicat în jurnalul Advanced Materials. Pentru a i se testa funcționalitatea, dispozitivul a fost conectat la un LED. În momentul în care era amplasat pe suprafața pielii, acesta utiliza căldura emisă de organism transformând-o în energie electrică, aprinzând imediat LED-ul. Conform autorilor, un astfel de lucru nu a mai fost posibil până în acest moment.
„Sperăm să putem integra această tehnologie cu sistemele de realitate virtuală și cu alte accesorii wearable pentru a crea senzații termice (încălzire sau răcire) la nivelul pielii și pentru a îmbunătăți confortul persoanelor. Dar încă nu suntem acolo. Momentan ne aflăm în punctul în care testăm integrarea lor în dispozitivele wearables eficiente, durabile și care pot genera feedback termic” – afirmă autorul studiului Mohammad Malakooti, Profesor asistent în inginerie mecanică, Universitatea din Washington.
Prototipul a fost construit aproape în totalitate în laboratoarele Universității din Washington. Cu excepția semiconductorilor utilizați, restul componentelor au fost proiectate și dezvoltate de la 0. S-au făcut simulări pentru identificarea celor mai bune combinații de materiale și structuri, pentru ca arhitectura finală a prototipului să arate în felul următor:
- un strat central în care se află o serie de semiconductori termoelectrici care convertesc energia termică în energie electrică;
- două straturi exterioare care înconjoară stratul de semiconductori – compuse din materiale compozite caracterizate de o conductivitate termică scăzută.
Semiconductorii sunt conectați cu un material metalic lichid, fapt care asigură dispozitivului flexibilitatea, conductivitatea și componenta de self-healing (self-healing reprezintă o proprietate a materialelor inteligente care le permite să se refacă, să se reîntoarcă la starea lor inițială după ce au întâmpinat diverse alterări). Picăturile de metal lichid sunt încorporate și în straturile exterioare pentru a îmbunătăți transferul de căldură spre semiconductori și pentru a menține flexibilitatea dispozitivului. Materialul metalic rămâne lichid la temperatura camerei.
În urma testelor mecanice, prototipul s-a dovedit a fi extrem de rezistent, rămânând pe deplin funcțional după mai multe perforații și după 2.000 de cicluri de întindere la o deformare de 50%.
Citește și:
- CHIEF, un nou instrument AI contribuie la diagnosticul de precizie și ghidarea tratamentului personalizat pentru 11 tipuri de cancer
- Nu există dovezi care să asocieze utilizarea telefoanelor mobile cu riscul crescut de cancer cerebral sau leucemie
- STUDIU. Cancerul și infecțiile virale ar putea fi depistate timpuriu printr-un nou model AI care analizează nucleul celulelor la rezoluție înaltă