Esercizio, dispositivi indossabili, sudore ed elettricità
Sommario:
E se potessi usare il corpo umano per alimentare i dispositivi elettronici?
Un gruppo di scienziati dell'Università della California di San Diego (UCSD) sta facendo proprio questo.
Pubblicità PubblicitàIn un articolo pubblicato sulla rivista Energy & Environmental Science, gli autori hanno riportato la loro recente invenzione di un cerotto flessibile che genera elettricità dal sudore umano.
"È come una batteria, ma la potenza è generata da una sostanza chimica chiamata lattato", ha detto a Healthline Amay Bandodkar, primo autore dell'articolo.
Attualmente borsista post-dottorato presso la Northwestern University, Bandodkar ha recentemente completato un dottorato in nanoingegneria presso l'UCSD.
Pubblicità"Il lattato nel sudore è sostanzialmente consumato da questa patch, che genera elettricità che può essere utilizzata per alimentare altri dispositivi medici", ha detto.
Il patch presenta una tensione a circuito aperto di 0, 5 volt e una densità di potenza di quasi 1. 2 milliwatt per centimetro al quadrato.
Pubblicità PubblicitàRappresenta la più alta densità di potenza registrata finora per una cella indossabile per biocarburanti. In effetti, è quasi 10 volte più potente dei dispositivi passati.
Finora, gli sviluppatori hanno usato la patch per alimentare un diodo ad emissione luminosa (LED) e una radio Bluetooth Low Energy (BLE).
In futuro, credono che possa essere usato per alimentare i sensori progettati per monitorare la salute e l'idoneità degli utenti.
"Al momento, abbiamo tutti questi sensori e sistemi indossabili che richiedono batterie ingombranti. E molte volte, il peso della batteria è molto più alto del peso del dispositivo reale ", ha spiegato Bandodkar. "Ma quello che hai con questa patch è un sistema di raccolta dell'energia sul corpo, che può generare elettricità dal tuo corpo e usarlo per alimentare altri sistemi indossabili. "
Eliminando la necessità di batterie voluminose, le celle indossabili per i biocarburanti possono aiutare gli esperti a sviluppare dispositivi medici più piccoli e leggeri che possono essere indossati sul corpo e alimentati da esso.
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Estensibile per la pelle
Anche se sono necessarie ulteriori ricerche, questa patch rappresenta uno sviluppo significativo nel campo delle celle indossabili per i biocarburanti.
Oltre ad esibire un'alta densità di potenza, è anche abbastanza flessibile da adattarsi al corpo umano.
Pubblicità"Per rendere un dispositivo indossabile, dobbiamo renderlo molto flessibile o persino estensibile", ha detto a Healthline Yue Gu, coautore del paper e studente del secondo anno di dottorato presso l'UCSD.
Altrimenti, il dispositivo si romperebbe sotto lo sforzo del movimento.
Pubblicità PubblicitàPer creare un dispositivo flessibile, i ricercatori hanno organizzato strutture rigide in nanotubi di carbonio 3-D in una configurazione "isola-ponte" elastica.
In questo progetto, le isole saldamente collegate sono collegate da ponti a serpentina.
Quando sono soggetti a movimento, i ponti si srotolano e si deformano.
PubblicitàCiò consente ai ponti di sopportare lo stress, limitando allo stesso tempo le sollecitazioni sulle isole.
"Siamo stati in grado di incorporare molti materiali attivi di cellule di biocarburanti in queste strutture di nanotubi di carbonio 3-D", ha spiegato Bandodkar. "Poi siamo stati in grado di mettere queste strutture rigide in cima a queste isole isolate. Quindi, anche quando lo abbiamo allungato, nessuno di questi sforzi è stato sperimentato da queste strutture. "
Pubblicità pubblicità" Questo è il modo in cui siamo stati in grado di mantenere la densità ad alta potenza, pur mantenendo incorporate le proprietà estensibili, "ha aggiunto Bandodkar.
Questo approccio innovativo ha permesso ai ricercatori di creare una cella indossabile per biocarburanti in grado di generare energia stabile per due giorni, nonostante lo stretching ripetuto.
Secondo Gu, è il primo dispositivo che integra una cella di biocarburante nel design dell'isola-ponte.
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La collaborazione è fondamentale
Per sviluppare un dispositivo come questo, il lavoro di squadra interdisciplinare è fondamentale.
Membri di tre diversi gruppi di ricerca della UCSD sono stati coinvolti in questo progetto, compresi i gruppi guidati dai coautori Joseph Wang, PhD; Sheng Xu, PhD; e Patrick Mercier, PhD.
"Il gruppo del professor Wang ha esperienza nel rendere i componenti attivi delle cellule dei biocarburanti", ha spiegato Bandodkar. "Il gruppo del professor Xu ha esperienza nel realizzare queste strutture di ponti isolani morbidi ed estensibili. E il gruppo del professor Mercier ha esperienza nell'elettronica a bassa energia. "
In passato, i ricercatori di questi gruppi hanno anche lavorato su altre tecnologie indossabili.
Ad esempio, Bandodkar, Wang e colleghi hanno precedentemente sviluppato sensori simili a tatuaggi progettati per monitorare i livelli di elettrolita e glucosio.
Ora sono interessati ad apprendere se il cerotto cellulare biocarburante può essere usato per alimentare tali sensori.
"Quando stavamo lavorando su questo genere di cose, la batteria è sempre un problema", ha detto Bandodkar. "Ora, quello che vogliamo fare è usare queste celle di biocarburanti per alimentare i sensori chimici. Questo è qualcosa che stiamo esplorando. "
Grazie alla loro collaborazione interdisciplinare, i creatori del cerotto cellulare biocarburante stanno contribuendo a far avanzare il campo dei sensori e dei sistemi indossabili per la salute.
