Primul dispozitiv de îngrijire a sănătății care este alimentat de căldura corpului

Folosind metale lichide, cercetătorii au realizat primul dispozitiv de îngrijire a sănătății care este alimentat de căldura corpului.

În era tehnologiei de pretutindeni, suntem prea familiarizați cu inconvenientul unei baterii descărcate. Dar pentru cei care se bazează pe un dispozitiv portabil de îngrijire a sănătății pentru a monitoriza glicemia, pentru a reduce tremorul sau chiar pentru a urmări funcția inimii, a-și lua timp pentru a se reîncărca poate reprezenta un risc mare.

Pentru prima dată, cercetătorii din cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică al Universității Carnegie Mellon au arătat că un dispozitiv de îngrijire a sănătății poate fi alimentat numai folosind căldura corporală. Prin combinarea unui senzor de pulsoximetrie cu un generator de energie termoelectrică flexibil, extensibil și purtabil, această echipă a introdus o modalitate promițătoare de a aborda problemele legate de durata de viață a bateriei. Generatorul lor de energie este fabricat din metal lichid, semiconductori și cauciuc imprimat 3D.

Mason Zadan, un autor al cercetării, a spus: „Acesta este primul pas către electronice portabile fără baterie”. Această cercetare este publicată în revista Advanced Functional Materials.

Sistemul lor, conceput pentru a obține performanțe mecanice și termoelectrice ridicate, cu integrarea perfectă a materialelor, prezintă progrese în materie de materiale moi, design de matrice TEG, design de plăci de circuite cu energie redusă și managementul puterii la bord.

Carmel Majidi, profesor de inginerie mecanică și director al Laboratorului Soft Machines, explică: „Comparativ cu cercetările noastre anterioare, acest design îmbunătățește densitatea puterii de aproximativ 40 de ori sau de 4000%. Compozitul epoxidic de metal lichid îmbunătățește conductibilitatea termică între componenta termoelectrică și punctul de contact al dispozitivului pe corp”.

Pentru a-și testa tensiunea de ieșire, dispozitivul a fost purtat pe pieptul și încheietura unui participant în repaus și în mișcare.

Zadan a spus: „Am văzut o ieșire de tensiune mai mare în timp ce dispozitivul era la încheietura mâinii participantului și în timp ce persoana respectivă era în mișcare. Pe măsură ce participantul se mișcă, o parte a dispozitivului este răcită de creșterea fluxului de aer, iar cealaltă este încălzită din cauza creșterii temperaturii corpului. Mersul și alergarea au creat o diferență de temperatură ideală.”

Procesul prin care diferențele de temperatură sunt transformate direct în energie electrică este cunoscut sub numele de efect termoelectric.

Când un material termoelectric este expus unui gradient de temperatură, cum ar fi un capăt încălzit în timp ce celălalt capăt rămâne rece, electronii din material încep să curgă de la capătul fierbinte la capătul rece. Această mișcare a electronilor generează un curent electric. Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât se produce mai mult curent electric, rezultând energie electrică. În esență, efectul termoelectric ne permite să valorificăm diferențele de temperatură pentru a crea energie electrică utilizabilă, făcându-l o cale promițătoare pentru generarea durabilă de energie.

Mergând mai departe, dr. Dinesh K. Patel, un cercetător în echipă, este dornic să lucreze la îmbunătățirea performanței electrice și să exploreze modul de fabricare a dispozitivului. „Vrem să o mutăm dintr-o dovadă de concept într-un produs pe care oamenii pot începe să-l folosească.”

Această cercetare a fost realizată în colaborare cu Arieca Inc., Universitatea din Washington și Universitatea Națională din Seul.

Sursă de informații:

Mason Zadan și colab. Generatoare termoelectrice extensibile pentru monitorizarea sănătății purtabile auto-alimentate. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861