Появление недорогих носимых датчиков, которые могут отслеживать частоту сердечных сокращений и температуру тела, а также уровень сахара в крови и побочные продукты метаболизма, позволило исследователям и специалистам в области здравоохранения контролировать здоровье человека способами, которые ранее были невозможны. Но, как и все электронные устройства, эти носимые датчики нуждаются в источнике питания. Батареи — вариант, но не обязательно идеальный, потому что они могут быть громоздкими, тяжелыми и разряженными.
Вэй Гао из Калифорнийского технологического института, доцент кафедры медицинской инженерии кафедры медицинской инженерии Эндрю и Пегги Чернг, разрабатывает эти датчики, а также новые подходы к их питанию с использованием самого человеческого тела. Ранее он создал датчик, который мог отслеживать показатели здоровья человеческого пота, который питается от самого пота.
Теперь Гао разработал новый способ питания беспроводных носимых датчиков: он собирает кинетическую энергию, которая вырабатывается человеком при его движении.
Этот сбор энергии осуществляется с помощью тонкого сэндвича из материалов (тефлона, меди и полиимида), которые прикрепляются к коже человека. Когда человек движется, эти листы материала трутся о скользящий слой из меди и полиимида и вырабатывают небольшое количество электричества. Эффект, известный как трибоэлектричество, возможно, лучше всего иллюстрируется статическим электрическим током, который человек может получить, пройдя по покрытому ковром полу и затем коснувшись металлической дверной ручки.
«Наш трибоэлектрический генератор , также называемый наногенератором, имеет статор, который прикреплен к туловищу, и ползунок, который прикреплен к внутренней части руки. Ползунок скользит по статору во время движения человека, и электрический ток генерируется одновременно «, — говорит Гао. «Механизм довольно прост. Трение приводит к генерации электричества. С концептуальной точки зрения это не что-то новое».
Новым, по словам Гао, является то, как исследовательская группа произвела наногенератор.
«Вместо использования изысканных материалов мы используем имеющиеся в продаже гибкие печатные платы», — говорит он. «Этот материал дешевый, очень прочный и механически прочный в течение длительного времени».
Наногенератор не вырабатывает много электричества; действительно, для питания 40-ваттной лампочки потребуется устройство площадью 100 квадратных метров. Однако носимые датчики Gao имеют низкие требования к мощности, и система накапливает генерируемую электроэнергию в конденсаторе до тех пор, пока не наберется достаточно заряда для считывания показаний датчика и беспроводной передачи данных на сотовый телефон через Bluetooth. Чем больше движется человек, тем чаще датчик может собирать данные. Однако даже если человек ведет довольно малоподвижный образ жизни, датчик в конечном итоге накопит достаточно энергии для работы.
В конечном итоге Гао хотел бы использовать свои носимые датчики, используя энергию, генерируемую несколькими способами. Например, носимое устройство может использовать электричество, вырабатываемое потом, трибоэлектрический генератор и небольшие носимые солнечные панели.
Документ с описанием исследования под названием «Беспроводной носимый датчик пота без батарей, работающий от движения человека» опубликован в выпуске 40 журнала Science Advances .
Источник: Калифорнийский технологический институт
Фото: Калифорнийский технологический институт