Ved hjælp af væskebaserede metaller har forskere lavet det første sundhedsudstyr, der drives af kropsvarme.
I teknologiens tidsalder overalt er vi alt for fortrolige med ulejligheden ved et dødt batteri. Men for dem, der er afhængige af en bærbar sundhedsenhed til at overvåge glukose, reducere rystelser eller endda spore hjertefunktion, kan det udgøre en stor risiko at tage tid til at genoplade.
For første gang har forskere ved Carnegie Mellon University's Department of Mechanical Engineering vist, at et sundhedsapparat kan drives ved hjælp af kropsvarme alene. Ved at kombinere en pulsoximetrisensor med en fleksibel, strækbar, bærbar termoelektrisk energigenerator, har dette team introduceret en lovende måde at løse problemer med batterilevetid. Deres energigenerator er lavet af flydende metal, halvledere og 3D-printet gummi.
Mason Zadan, en forfatter af forskningen, sagde: “Dette er det første skridt mod batterifri bærbar elektronik”. Denne forskning er publiceret i tidsskriftet Advanced Functional Materials.
Deres system, der er designet til at opnå høj mekanisk og termoelektrisk ydeevne med sømløs materialeintegration, byder på fremskridt inden for bløde materialer, TEG-arraydesign, lavenergikredsløbsdesign og indbygget strømstyring.
Carmel Majidi, professor i maskinteknik og direktør for Soft Machines Laboratory, forklarer: “Sammenlignet med vores tidligere forskning forbedrer dette design effekttætheden med omkring 40 gange eller 4000%. Den flydende metalepoxykomposit forbedrer den termiske ledningsevne mellem den termoelektriske komponent og enhedens kontaktpunkt på kroppen”.
For at teste dens spændingsudgang blev enheden båret på en deltagers bryst og håndled i hvile og i bevægelse.
Zadan sagde: “Vi så en større udgangsspænding, mens enheden var på deltagerens håndled, og mens denne person var i bevægelse. Når deltageren bevæger sig, afkøles den ene side af enheden af stigningen i luftstrømmen, og den anden opvarmes fra stigningen i kropstemperaturen. At gå og løbe skabte en ideel temperaturforskel.”
Processen, hvorved temperaturforskelle direkte omdannes til elektrisk energi, er kendt som den termoelektriske effekt.
Når et termoelektrisk materiale udsættes for en temperaturgradient, såsom at have den ene ende opvarmet, mens den anden ende forbliver kølig, begynder elektroner i materialet at strømme fra den varme ende til den kolde ende. Denne elektronbevægelse genererer en elektrisk strøm. Jo større temperaturforskellen er, jo mere elektrisk strøm produceres der, hvilket resulterer i elektrisk strøm. Grundlæggende giver den termoelektriske effekt os mulighed for at udnytte temperaturforskelle til at skabe brugbar elektricitet, hvilket gør det til en lovende vej til bæredygtig energiproduktion.
Fremadrettet er Dr. Dinesh K. Patel, en forsker i teamet, ivrig efter at arbejde på at forbedre den elektriske ydeevne og undersøge, hvordan man fremstiller enheden. “Vi vil flytte det fra et proof of concept til et produkt, folk kan begynde at bruge.”
Denne forskning blev udført i samarbejde med Arieca Inc., University of Washington og Seoul National University.
Kilde til information:
Mason Zadan et al. Strækbare termoelektriske generatorer til selvdrevet, bærbar sundhedsovervågning. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861
Discussion about this post