Команда биоинженеров из Инженерной школы Самуэли при Калифорнийском университете изобрела новое мягкое и гибкое биоэлектронное устройство с автономным питанием. Технология преобразует движения человеческого тела — от сгибания локтя до тонких движений, таких как пульс на запястье — в электричество, которое может быть использовано для питания носимых и имплантируемых диагностических датчиков.
Исследователи обнаружили, что магнитоупругий эффект, который представляет собой изменение степени намагниченности материала, когда крошечные магниты постоянно сжимаются и разжимаются под действием механического давления, может существовать в мягких и гибких системах, а не только в жестких.
Чтобы доказать свою концепцию, команда биоинженеров использовала микроскопические магниты, рассеянные в тонкой силиконовой матрице, чтобы создать магнитное поле, сила которого менялась по мере того, как матрица менялась. При изменении силы магнитного поля вырабатывается электричество.
Сегодня в журнале Nature Materials опубликовано исследование, в котором подробно описывается открытие, теоретическая модель, лежащая в основе прорыва, и демонстрация.
«Наше открытие открывает новый путь для практических энергетических, сенсорных и терапевтических технологий, которые ориентированы на человеческое тело и могут быть подключены к Интернету вещей», — сказал руководитель исследования Джун Чен, доцент кафедры биоинженерии Калифорнийского университета в Самуэли.
«Уникальность этой технологии заключается в том, что она позволяет людям растягиваться и двигаться с комфортом, когда устройство прижато к коже человека, а поскольку она основана на магнетизме, а не на электричестве, влажность и наш собственный пот не снижают ее эффективности».
Джун Чен и его команда создали небольшой, гибкий магнитоэластичный генератор (размером примерно с американский четвертак) из силиконовой полимерной матрицы с платиновым катализатором и неодим-железо-борных наномагнитов. Затем они прикрепили его к локтю испытуемого с помощью мягкой, растягивающейся силиконовой ленты.
Магнитоупругий эффект, который они наблюдали, был в четыре раза больше, чем у аналогичных по размеру устройств с жесткими металлическими сплавами. В результате устройство генерировало электрический ток силой 4,27 миллиампера на квадратный сантиметр, что в 10 000 раз лучше, чем у следующей лучшей аналогичной технологии.
Фактически, гибкий магнитоупругий генератор настолько чувствителен, что может преобразовывать пульсовые волны человека в электрические сигналы и работать в качестве автономного водонепроницаемого монитора сердечного ритма. Вырабатываемое электричество может также использоваться для устойчивого питания других носимых устройств, таких как датчик пота или термометр.
В настоящее время ведутся работы по созданию носимых генераторов, которые собирают энергию от движений человеческого тела для питания датчиков и других устройств, но отсутствие практичности препятствует такому прогрессу. Например, жесткие металлические сплавы с магнитоупругим эффектом не сгибаются в достаточной степени, чтобы прижиматься к коже и генерировать значимые уровни энергии для жизнеспособных приложений.
Другие устройства, которые полагаются на статическое электричество, не могут генерировать достаточно энергии. Их эффективность также может ухудшиться в условиях повышенной влажности или при наличии пота на коже.
Некоторые пытались заключить такие устройства в капсулу, чтобы не допустить попадания воды, но это снижает их эффективность. Однако новые носимые магнитоупругие генераторы команды Калифорнийского университета показали хорошие результаты даже после того, как они были пропитаны искусственным потом в течение недели.
Группа развития технологий Калифорнийского университета подала заявку на патент на эту технологию.
Довольно крутая биоразработка — если она действительно работает. Как я понимаю, если сказать популярно — это что-то похожее на динамо машину. То есть энергия получается от движения, в данном случае от движения человека.
Шикарно, можно генерировать энергию и подзаряжать гаджеты. На больше врятли хватит, но это уже прорыв. Таим образом любой человек может получать (вырабатывать) свою энергию.