Първото устройство за здравеопазване, което се захранва от телесна топлина

Използвайки метали на течна основа, изследователите са направили първото устройство за здравеопазване, което се захранва от телесна топлина.

В ерата на технологиите навсякъде, всички сме твърде запознати с неудобството на изтощената батерия. Но за тези, които разчитат на носимо устройство за здравеопазване, за да наблюдават глюкозата, да намалят треперенето или дори да проследят сърдечната функция, отделянето на време за презареждане може да представлява голям риск.

За първи път изследователи от катедрата по машинно инженерство на университета Карнеги Мелън показаха, че устройство за здравеопазване може да се захранва само с телесна топлина. Чрез комбиниране на сензор за пулсова оксиметрия с гъвкав, разтеглив, носещ се генератор на термоелектрическа енергия, този екип въведе обещаващ начин за справяне с опасенията за живота на батерията. Техният генератор на енергия е направен от течен метал, полупроводници и 3D отпечатана гума.

Мейсън Задан, автор на изследването, каза: „Това е първата стъпка към носима електроника без батерии“. Това изследване е публикувано в списанието Advanced Functional Materials.

Тяхната система, проектирана да постигне висока механична и термоелектрическа производителност с безпроблемна интеграция на материали, включва напредък в меките материали, дизайн на TEG матрица, дизайн на нискоенергийна платка и управление на захранването на борда.

Кармел Маджиди, професор по машинно инженерство и директор на лабораторията за меки машини, обяснява: „В сравнение с предишните ни изследвания, този дизайн подобрява плътността на мощността с приблизително 40 пъти или 4000%. Течният метален епоксиден композит подобрява топлопроводимостта между термоелектричния компонент и точката на контакт на устройството върху тялото”.

За да се тества изходното напрежение, устройството беше носено на гърдите и китката на участник в покой и в движение.

Zadan каза: „Видяхме по-голямо напрежение, докато устройството беше на китката на участника и докато този човек беше в движение. Докато участникът се движи, едната страна на устройството се охлажда от увеличаването на въздушния поток, а другата се нагрява от повишаването на телесната температура. Ходенето и бягането създават идеална температурна разлика.

Процесът, при който температурните разлики се преобразуват директно в електрическа енергия, е известен като термоелектричен ефект.

Когато термоелектричен материал е изложен на температурен градиент, като например единият край да бъде нагрят, докато другият край остава хладен, електроните в материала започват да текат от горещия край към студения край. Това движение на електрони генерира електрически ток. Колкото по-голяма е температурната разлика, толкова повече електрически ток се произвежда, което води до електрическа мощност. По същество термоелектричният ефект ни позволява да използваме температурните различия, за да създадем използваема електроенергия, което го прави обещаващ път за устойчиво производство на енергия.

Продължавайки напред, д-р Динеш К. Пател, изследовател в екипа, е нетърпелив да работи върху подобряването на електрическите характеристики и да проучи как да произведе устройството. „Искаме да го преместим от доказателство за концепцията в продукт, който хората могат да започнат да използват.“

Това изследване е направено в сътрудничество с Arieca Inc., Университета на Вашингтон и Националния университет в Сеул.

Източник на информация:

Мейсън Задан и др. Разтегливи термоелектрически генератори за самозахранващо се носимо наблюдение на здравето. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861