Nestemäisiä metalleja käyttäen tutkijat ovat valmistaneet ensimmäisen kehonlämmöllä toimivan terveydenhuollon laitteen.
Tekniikan aikakaudella kaikkialla olemme liiankin tuttuja tyhjentyneen akun haitasta. Mutta niille, jotka luottavat puettavan terveydenhuollon laitteeseen glukoosin seuraamiseen, vapinaan tai jopa sydämen toiminnan seuraamiseen, latautumiseen kuluva aika voi aiheuttaa suuren riskin.
Ensimmäistä kertaa Carnegie Mellonin yliopiston konetekniikan laitoksen tutkijat ovat osoittaneet, että terveydenhuollon laitetta voidaan käyttää pelkästään kehon lämmöllä. Yhdistämällä pulssioksimetrianturi joustavaan, venyvään, puettavaan lämpösähköiseen energiageneraattoriin, tämä tiimi on ottanut käyttöön lupaavan tavan ratkaista akun käyttöikää koskevat ongelmat. Niiden energiageneraattori on valmistettu nestemäisestä metallista, puolijohteista ja 3D-painetusta kumista.
Mason Zadan, tutkimuksen kirjoittaja, sanoi: ”Tämä on ensimmäinen askel kohti paristotonta puettavaa elektroniikkaa”. Tämä tutkimus on julkaistu Advanced Functional Materials -lehdessä.
Niiden järjestelmä, joka on suunniteltu saavuttamaan korkea mekaaninen ja lämpösähköinen suorituskyky saumattomalla materiaaliintegraatiolla, sisältää edistysaskeleita pehmeissä materiaaleissa, TEG-ryhmän suunnittelussa, matalan energian piirilevyn suunnittelussa ja sisäisessä virranhallinnassa.
Carmel Majidi, konetekniikan professori ja Soft Machines Laboratoryn johtaja, selittää: ”Aiempaan tutkimukseemme verrattuna tämä malli parantaa tehotiheyttä noin 40-kertaisesti tai 4000%. Nestemäinen metalliepoksikomposiitti parantaa lämmönjohtavuutta lämpösähköisen komponentin ja laitteen kehon kosketuspisteen välillä.
Jännitteen testaamiseksi laitetta pidettiin osallistujan rinnassa ja ranteessa levossa ja liikkeessä.
Zadan sanoi: ”Näimme suuremman jännitteen, kun laite oli osallistujan ranteessa ja hänen ollessaan liikkeessä. Kun osallistuja liikkuu, laitteen toinen puoli jäähtyy ilmavirran lisääntyessä ja toinen lämpenee kehon lämpötilan noususta. Kävely ja juoksu loivat ihanteellisen lämpötilaeron.”
Prosessi, jolla lämpötilaerot muunnetaan suoraan sähköenergiaksi, tunnetaan lämpösähköisenä efektinä.
Kun lämpösähköinen materiaali altistetaan lämpötilagradientille, kuten sen toinen pää lämmitetään, kun taas toinen pää pysyy viileänä, materiaalin sisällä olevat elektronit alkavat virrata kuumasta päästä kylmään päähän. Tämä elektroniliike synnyttää sähkövirran. Mitä suurempi lämpötilaero, sitä enemmän sähkövirtaa tuotetaan, mikä johtaa sähkötehoon. Pohjimmiltaan lämpösähköinen vaikutus antaa meille mahdollisuuden valjastaa lämpötilaerot käyttökelpoisen sähkön tuottamiseen, mikä tekee siitä lupaavan tavan kestävälle energiantuotannolle.
Jatkossa tiimin tutkija Dr. Dinesh K. Patel on innokas työskentelemään sähköisen suorituskyvyn parantamiseksi ja tutkimaan laitteen valmistusta. ”Haluamme siirtää sen konseptin todisteesta tuotteeksi, jota ihmiset voivat alkaa käyttää.”
Tämä tutkimus tehtiin yhteistyössä Arieca Inc:n, Washingtonin yliopiston ja Soulin kansallisen yliopiston kanssa.
Tietolähde:
Mason Zadan et ai. Joustavat lämpösähköiset generaattorit omatoimiseen puettavan terveyden seurantaan. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861