S použitím tekutých kovů vytvořili vědci první zdravotnické zařízení, které je poháněno tělesným teplem.
Ve věku technologií všude jsme příliš dobře obeznámeni s nepříjemností vybité baterie. Ale pro ty, kteří se spoléhají na nositelné zdravotnické zařízení k monitorování glukózy, snížení třesu nebo dokonce ke sledování srdeční funkce, může čas na dobití představovat velké riziko.
Vědci z oddělení strojního inženýrství Carnegie Mellon University poprvé prokázali, že zdravotnické zařízení lze napájet pouze pomocí tělesného tepla. Kombinací pulzního oxymetrického senzoru s flexibilním, roztažitelným a nositelným generátorem termoelektrické energie tento tým představil slibný způsob, jak řešit problémy s výdrží baterie. Jejich generátor energie je vyroben z tekutého kovu, polovodičů a 3D tištěné pryže.
Mason Zadan, autor výzkumu, řekl: „Toto je první krok k nositelné elektronice bez baterií“. Tento výzkum je publikován v časopise Advanced Functional Materials.
Jejich systém, navržený tak, aby dosahoval vysokého mechanického a termoelektrického výkonu s bezproblémovou integrací materiálů, se vyznačuje pokroky v oblasti měkkých materiálů, designu pole TEG, návrhu nízkoenergetických obvodových desek a integrovaného řízení napájení.
Carmel Majidi, profesor strojního inženýrství a ředitel laboratoře měkkých strojů, vysvětluje: „Ve srovnání s naším minulým výzkumem tento design zlepšuje hustotu výkonu zhruba 40krát nebo 4000 %. Epoxidový kompozit z tekutého kovu zvyšuje tepelnou vodivost mezi termoelektrickou součástí a bodem kontaktu zařízení s tělem“.
Pro testování jeho napěťového výstupu bylo zařízení nošeno na hrudi a zápěstí účastníka v klidu a v pohybu.
Zadan řekl: „Viděli jsme větší výstupní napětí, když bylo zařízení na zápěstí účastníka a když byla tato osoba v pohybu. Když se účastník pohybuje, jedna strana zařízení je ochlazována zvýšením proudění vzduchu a druhá je ohřívána zvýšením tělesné teploty. Chůze a běh vytvořily ideální teplotní rozdíl.“
Proces, při kterém se teplotní rozdíly přímo přeměňují na elektrickou energii, se nazývá termoelektrický jev.
Když je termoelektrický materiál vystaven teplotnímu gradientu, například když je jeden konec ohříván, zatímco druhý zůstává chladný, elektrony v materiálu začnou proudit z horkého konce do studeného konce. Tento pohyb elektronů generuje elektrický proud. Čím větší je teplotní rozdíl, tím více elektrického proudu se vyrábí, což vede k elektrické energii. Termoelektrický efekt nám v podstatě umožňuje využít teplotní rozdíly k vytvoření použitelné elektřiny, což z něj činí slibnou cestu pro udržitelnou výrobu energie.
Dr. Dinesh K. Patel, vědecký pracovník v týmu, chce pracovat na zlepšení elektrického výkonu a prozkoumat, jak vyrobit zařízení. „Chceme to posunout z proof of concept na produkt, který mohou lidé začít používat.“
Tento výzkum byl proveden ve spolupráci s Arieca Inc., The University of Washington a Soul National University.
Zdroj informací:
Mason Zadan a kol. Roztažitelné termoelektrické generátory pro sledování zdravotního stavu nositelných zařízení s vlastním napájením. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861