Ved hjelp av flytende metaller har forskere laget det første helsevesenet som drives av kroppsvarme.
I teknologiens tidsalder overalt, er vi altfor kjent med ulempen med et dødt batteri. Men for de som er avhengige av en bærbar helseenhet for å overvåke glukose, redusere skjelvinger eller til og med spore hjertefunksjonen, kan det å ta tid å lade opp igjen utgjøre en stor risiko.
For første gang har forskere ved Carnegie Mellon Universitys avdeling for maskinteknikk vist at et helsevesen kan drives med kroppsvarme alene. Ved å kombinere en pulsoksymetrisensor med en fleksibel, strekkbar, bærbar termoelektrisk energigenerator, har dette teamet introdusert en lovende måte å løse problemer med batterilevetiden på. Energigeneratoren deres er laget av flytende metall, halvledere og 3D-trykt gummi.
Mason Zadan, en forfatter av forskningen, sa: «Dette er det første skrittet mot batterifri bærbar elektronikk». Denne forskningen er publisert i tidsskriftet Advanced Functional Materials.
Systemet deres, designet for å oppnå høy mekanisk og termoelektrisk ytelse med sømløs materialintegrasjon, har fremskritt innen myke materialer, TEG-arraydesign, lavenergikretskortdesign og innebygd strømstyring.
Carmel Majidi, professor i maskinteknikk og direktør for Soft Machines Laboratory, forklarer: «Sammenlignet med vår tidligere forskning, forbedrer denne utformingen strømtettheten med omtrent 40 ganger eller 4000 %. Den flytende metallepoksykompositten forbedrer termisk ledningsevne mellom den termoelektriske komponenten og enhetens kontaktpunkt på kroppen”.
For å teste spenningsutgangen ble enheten båret på en deltakers bryst og håndledd i hvile og i bevegelse.
Zadan sa: «Vi så større spenning mens enheten var på deltakerens håndledd og mens den personen var i bevegelse. Når deltakeren beveger seg, blir den ene siden av enheten avkjølt av økningen i luftstrømmen, og den andre varmes opp fra økningen i kroppstemperaturen. Å gå og løpe skapte en ideell temperaturforskjell.»
Prosessen der temperaturforskjeller blir direkte omdannet til elektrisk energi er kjent som den termoelektriske effekten.
Når et termoelektrisk materiale blir utsatt for en temperaturgradient, for eksempel å ha den ene enden oppvarmet mens den andre enden forblir kjølig, begynner elektroner i materialet å strømme fra den varme enden til den kalde enden. Denne elektronbevegelsen genererer en elektrisk strøm. Jo større temperaturforskjell, jo mer elektrisk strøm produseres, noe som resulterer i elektrisk kraft. I hovedsak lar den termoelektriske effekten oss utnytte temperaturforskjeller for å skape brukbar elektrisitet, noe som gjør det til en lovende vei for bærekraftig energiproduksjon.
Fremover er Dr. Dinesh K. Patel, en forsker i teamet, ivrig etter å jobbe med å forbedre elektrisk ytelse og utforske hvordan man produserer enheten. «Vi ønsker å flytte det fra et proof of concept til et produkt folk kan begynne å bruke.»
Denne forskningen ble gjort i samarbeid med Arieca Inc., University of Washington og Seoul National University.
Informasjonskilde:
Mason Zadan et al. Strekkbare termoelektriske generatorer for selvdrevet, bærbar helseovervåking. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861
Discussion about this post