Beweging, draagbare apparaten, zweet en elektriciteit

Wat als u het menselijk lichaam zou kunnen gebruiken voor het van stroom voorzien van elektronische apparaten?

Een groep wetenschappers aan de Universiteit van Californië in San Diego (UCSD) doet precies dat.

Advertentieadvertenties

In een artikel in het tijdschrift Energy & Environmental Science rapporteerden de auteurs hun recente uitvinding van een flexibel huidoppervlak dat elektriciteit genereert uit menselijk zweet.

"Het is net een batterij, maar de kracht wordt gegenereerd door een stof die lactaat wordt genoemd," vertelde Amay Bandodkar, eerste auteur van het artikel, aan Healthline. Nu postdoctoraal aan de Northwestern University, heeft Bandodkar onlangs een doctoraat in nanoengineering afgerond aan UCSD.

Advertentie

"Het lactaat in het zweet wordt in principe verbruikt door deze patch, die elektriciteit genereert die kan worden gebruikt voor het voeden van andere medische apparaten," zei hij.

De patch vertoont een nullastspanning van 0,5 volt en een vermogensdichtheid van bijna 1,2 milliwatt per vierkante centimeter.

Advertentie-advertentie

Dat is de hoogste vermogensdichtheid die tot nu toe is geregistreerd voor een draagbare biobrandstofcel. In feite is het bijna 10 keer krachtiger dan apparaten uit het verleden.

Tot nu toe hebben de ontwikkelaars de patch gebruikt om een ​​lichtgevende diode (LED) en een Bluetooth Low Energy (BLE) -radio aan te sturen.

In de toekomst denken ze dat het kan worden gebruikt voor het aansturen van sensoren die zijn ontworpen om de gezondheid en conditie van dragers te controleren.

'Op dit moment hebben we al deze draagbare sensoren en systemen waarvoor grote batterijen nodig zijn. En vele malen is het gewicht van de batterij veel hoger dan het gewicht van het daadwerkelijke apparaat, "legde Bandodkar uit. "Maar wat u met deze patch kunt doen, is een systeem voor het oogsten van energie op het lichaam, dat elektriciteit uit uw lichaam kan opwekken en het kan gebruiken voor het aandrijven van andere draagbare systemen. "

Door de behoefte aan omvangrijke batterijen te elimineren, kunnen draagbare biobrandstofcellen deskundigen helpen kleinere en lichtere medische apparaten te ontwikkelen die op het lichaam kunnen worden gedragen en daardoor ook kunnen worden gebruikt.

AdvertentieAdvertentie

Lees meer: ​​hoe kwetsbaar zijn persoonlijke medische apparaten voor hackers? »

Rekbaar genoeg voor de huid

Hoewel er meer onderzoek nodig is, vormt deze patch een belangrijke ontwikkeling op het gebied van draagbare biobrandstofcellen.

Naast een hoge vermogensdichtheid is deze ook flexibel genoeg om zich aan het menselijk lichaam aan te passen.

Advertentie

"Om een ​​draagbaar apparaat te maken, moeten we het heel flexibel of zelfs rekbaar maken," vertelde Yue Gu, co-auteur van het papier en tweedejaars promovendus bij UCSD, aan Healthline.

Anders zou het apparaat breken onder de druk van de beweging.

AdvertentieAdvertentie

Om een ​​flexibel apparaat te maken, plaatsten de onderzoekers rigide driedimensionale koolstof nanobuisstructuren in een rekbare "eilandbrug" -configuratie.

In dit ontwerp zijn stevig verbonden eilanden verbonden door kronkelige bruggen.

Wanneer ze worden blootgesteld aan beweging, worden de bruggen ontspannen en vervormd.

Advertentie

Hiermee kunnen de bruggen zich aanpassen aan stress, terwijl de druk op de eilanden wordt beperkt.

"We konden veel actieve biobrandstofcelmaterialen integreren in deze driedimensionale koolstof nanobuisstructuren," legt Bandodkar uit. "Toen konden we deze rigide structuren op deze afgelegen eilanden plaatsen. Dus zelfs toen we het uitrekken, werd niets van de rek ervaren door deze structuren. "

AdvertentieAdvertisement

" Op deze manier konden we de hoge vermogensdichtheid behouden, terwijl we toch de zachte, rekbare eigenschappen hadden, "voegde Bandodkar eraan toe.

Dankzij deze innovatieve benadering konden de onderzoekers een draagbare biobrandstofcel maken die twee dagen lang stabiele stroom kan produceren, ondanks herhaald uitrekken.

Volgens Gu is het het eerste apparaat dat een biobrandstofcel integreert in het ontwerp van de eilandbrug.

Lees meer: ​​Consumenten houden van draagbare technologie door zich zorgen te maken over gegevensbeveiliging »

Samenwerking is de sleutel

Om een ​​dergelijk apparaat te ontwikkelen, is interdisciplinair teamwerk van cruciaal belang.

Leden van drie verschillende onderzoeksgroepen bij UCSD waren bij dit project betrokken, inclusief groepen onder leiding van co-auteurs Joseph Wang, PhD; Sheng Xu, PhD; en Patrick Mercier, PhD.

"Professor Wang's groep heeft expertise in het maken van de actieve componenten van de biobrandstofcellen," legde Bandodkar uit. "De groep van professor Xu heeft expertise in het maken van deze zachte, rekbare eilandbrugstructuren. En de groep van professor Mercier heeft ervaring met energiezuinige elektronica. "

In het verleden werkten onderzoekers van deze groepen ook aan andere draagbare technologieën.

Bandodkar, Wang en collega's bijvoorbeeld hebben eerder tatoeage-achtige sensoren ontwikkeld om elektrolyt- en glucosewaarden te bewaken.

Ze zijn nu geïnteresseerd in het leren of de huidpleister voor biobrandstofcellen kan worden gebruikt om dergelijke sensoren van energie te voorzien.

"Toen we aan dit soort dingen werkten, is de batterij altijd een probleem," zei Bandodkar. "Nu, wat we willen doen is deze biobrandstofcellen gebruiken om chemische sensoren aan te drijven. Dat is iets dat we aan het verkennen zijn. "

Door hun interdisciplinaire samenwerking helpen de makers van de celstofpleister voor biobrandstoffen om het veld van draagbare sensoren en systemen voor de gezondheid vooruit te helpen.