Note de l'éditeur: L'un des inconvénients majeurs de la plupart des dispositifs portables et implantables est toujours leurs piles, dont la capacité limitée limite leur utilisation à long terme.The Atlantic Monthly publie un article expliquant que les scientifiques tentent de résoudre ce problème. Inconvénients de diverses méthodes.Y compris piezo, triboélectricité, bioélectricité, etc., mais l'idée est la même, de sorte que l'équipement pour obtenir de l'énergie du corps de l'hôte.
Haut-parleur piézoélectrique
Dans "ISingtheBodyElectric", le poète Walt Whitman a exprimé "l'action et la puissance" d'un "corps beau, curieux, qui respire, qui rit." Après plus de 150 ans, le scientifique des matériaux du MIT, l'ingénieur Canna · Candan Dagdeviren et ses collègues ont donné un nouveau sens aux poèmes de Whitman: ils ont inventé un dispositif qui peut déformer la production d'énergie en réagissant aux battements cardiaques.
La technologie électronique est très puissante maintenant: la puissance de calcul d'un smartphone dépasse la puissance de calcul de la NASA quand il a mis le premier groupe de personnes sur la lune en 1969. Au fil du temps, la technologie a fait des progrès extraordinaires. Les appareils qui sont même implantés dans le corps peuvent aussi devenir plus puissants.
La plupart des appareils portables et implantables est encore un inconvénient majeur est leur batterie, sa capacité limite leur utilisation limitée à long terme. Lorsque la batterie du stimulateur fonctionne, vous le plus envie de faire est de remplacer les piles et à un patient pour la solution de la chirurgie à ce problème peut être à l'intérieur du corps humain - car il est très riche en énergie, chimique, ce qui incite thermiques et mécaniques des scientifiques pour étudier une variété de méthodes, de sorte que l'équipement obtenu à partir de l'hôte. Énergie, Daddwellen et ses collègues l'ont détaillé dans le bilan annuel 2017 du génie biomédical.
Par exemple, le mouvement en forme de soufflet produit par une personne en train de respirer peut produire 0,83 watts d'énergie, la chaleur du corps jusqu'à 4,8 watts, l'énergie du mouvement du bras d'une personne jusqu'à 60 watts. watts sera en mesure de maintenir les nécessaires 1/50000000 sept ans, les prothèses auditives doivent être en mesure de maintenir pendant cinq watts millième jours, smartphone a besoin d'un watt capable de maintenir cinq heures quand il est pas sans importance.
Maintenant, Jacques et d'autres Dade sont conçus pour être utilisés comme source d'énergie propres machines du corps. De plus en plus de chercheurs pour tester des équipements tels implantables ou dans des modèles animaux et les humains.
Une stratégie de récupération d'énergie implique la conversion de l'énergie des vibrations, des pressions et d'autres contraintes mécaniques en énergie électrique.Cette méthode produit des effets dits piézoélectriques, typiquement utilisés pour les haut-parleurs et les microphones.
Un matériau piézoélectrique couramment utilisé est le titanate de zirconate de plomb dont la teneur en plomb soulève des préoccupations quant à sa toxicité pour l'homme. »Mais si vous voulez que le plomb se décompose de la structure, vous devez les chauffer au-dessus de 700 degrés Celsius. La température, dit Daddwillon, vous n'atteindrez jamais cette température dans votre corps.
Pour profiter de l'effet piézoélectrique, Daddwillen et ses collègues ont développé un dispositif plat qui peut être fixé sur les organes et les muscles tels que le cœur, les poumons et les diaphragmes. Les propriétés mécaniques sont similaires aux matériaux sur lesquels elles sont laminées, de sorte qu'elles n'entravent pas ces tissus lorsqu'elles sont en mouvement.
Jusqu'à présent, ces dispositifs ont été faits chez les bovins, les moutons et les porcs test, le cœur de tous les animaux sont sensiblement les mêmes que le cœur humain. « Lorsque ces dispositifs sont mécaniquement déformés, ils génèrent une charge positive et négative, la tension et le courant - Vous pouvez utiliser cette énergie pour charger la batterie, expliqua Dadvenen, vous pouvez les utiliser pour faire fonctionner un appareil biomédical comme un stimulateur cardiaque au lieu de changer tous les soixante-sept ans lorsque la batterie est épuisée. Une fois.
Les scientifiques développent également un récolteuse d'énergie piézo-électriques portables, un tel collecteur peut être utilisé dans les articulations comme le genou ou le coude peut être attaché à des chaussures, des pantalons ou des sous-vêtements. De cette façon, quand une personne peut marcher ou plier le bras Génération d'énergie pour les appareils électroniques.
Lors de la conception d'un dispositif piézoélectrique, les gens peuvent ne pas vouloir utiliser les matériaux les plus efficaces pour produire de l'électricité: par exemple, vous ne voulez qu'un matériau efficace de 2% ou moins, au lieu de choisir un matériau pouvant être 5%. Un matériau qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique, s'il convertit plus, «il peut ajouter plus de poids au corps, vous ne voulez pas qu'il vous fatigue», a déclaré Daddwillen.
Une autre méthode de récupération d'énergie consiste à utiliser des matériaux thermoélectriques pour convertir la chaleur corporelle en électricité: «Votre cœur bat plus de 40 millions de fois par an», a déclaré Daddillon, ajoutant que toute cette énergie est émise dans le corps sous forme de chaleur. Est une source riche d'énergie potentielle qui peut être utilisée à d'autres fins.
Les générateurs thermoélectriques font face à des défis importants: ils dépendent des différences de température, mais le corps des gens maintient généralement une température relativement constante, de sorte que la différence de température qui en résulte n'est généralement pas suffisante pour produire de grandes quantités d'électricité. L'appareil est également exposé à de l'air relativement froid, ce qui n'est pas un problème.
Les scientifiques explorent les dispositifs thermoélectriques pour les dispositifs portables, comme l'alimentation des montres En principe, la chaleur du corps peut générer suffisamment d'énergie pour alimenter les moniteurs de santé sans fil, les implanteurs cochléaires et les stimulateurs cérébraux profonds. Traitement de maladies telles que la maladie de Parkinson.
Les scientifiques essaient également d'utiliser les effets de l'électricité statique quotidienne pour alimenter l'appareil.Lorsque deux matériaux différents se heurtent ou se frottent à plusieurs reprises, la surface d'un matériau vole des électrons de la surface de l'autre, accumulant la charge. Pour la triboélectricité, un avantage clé de la triboélectricité est que presque tous les matériaux, qu'ils soient naturels ou synthétiques, peuvent le créer, offrant aux chercheurs une variété de possibilités de conception d'équipements.
"Plus j'étudie la triboélectricité, plus elle est excitante et plus elle a d'applications", a déclaré le co-auteur du rapport, Wang Zhonglin, expert en nanotechnologie à l'Institut de technologie de Géorgie. Pour les 20 prochaines années, j'ai travaillé sur cela.
La surface des dispositifs triboélectriques est différente, et la quantité d'électricité qu'ils peuvent produire varie également, de sorte que les scientifiques expérimentent différentes formes et structures.Les chercheurs ont créé des grilles cubiques similaires à des blocs urbains microscopiques, similaires aux nanofils des forêts de bambous. Des champs et des réseaux similaires à la pyramide de Gizeh, Wang Zhonglin a déclaré que ces matériaux sont non seulement beaux, mais aussi très efficaces: ils couvrent une surface de pyramides et peuvent augmenter la production d'électricité de 5 fois par rapport aux panneaux plats.
stimulateurs cardiaques, cardiaques et autres respiration de contrôle de puissance et le rythme cardiaque par le dispositif implantable de friction a été testé chez des souris, des lapins et des cochons. « On observe également si triboélectrique être utilisé pour stimuler la croissance cellulaire et in vivo Promouvoir la cicatrisation des plaies ", a déclaré Wang Zhonglin." En outre, nous avons commencé des expériences avec la stimulation triboélectrique des nerfs pour voir si nous pouvons contribuer à la neuroscience. "
Wang Zhonglin et ses collègues ont également conçu des dispositifs portables triboélectriques, par exemple, ils ont créé un tissu triboélectrique qui peut être utilisé pour charger des ceintures flexibles contenant des batteries lithium-ion, ce qui peut alimenter un cardiofréquencemètre portable. L'instrument utilise la technologie Bluetooth pour transmettre sans fil ses données à un smartphone: «L'énergie mécanique du mouvement quotidien humain peut être convertie en électricité à travers notre tissu», a déclaré Wang Zhonglin.
Une autre stratégie dépend de l'appareil est appelé cellule bio-carburant, et le corps du dispositif par une molécules de carburant de l'enzyme (par exemple, le glucose dans le sang) entre la réaction chimique pour produire de l'électricité ou par des molécules de carburant libérées à partir du corps (par exemple la transpiration sécrété lactate) pour produire de l'électricité, par exemple, une enzyme dérivée d'une déshydrogénase de cellobiose Phanerochaetesordida fongique peut être collée à la décomposition du sucre et seulement nanomètres (milliardièmes de mètre) de large sur le courant de tube est généré carbone.
Le choix des enzymes peut être délicat: par exemple, plusieurs groupes de scientifiques ont découvert que la glucose oxydase peut produire de l'électricité dans des cellules de biocarburant implantées chez des rats de laboratoire, mais cette enzyme produit également du peroxyde d'hydrogène, un élément courant. L'eau de Javel peut dégrader les performances et, à long terme, elle est également dangereuse pour le corps.
Micrographies électroniques à balayage de nanotubes de carbone pour utilisation dans des cellules expérimentales de biocarburants qui génèrent de l'énergie électrique à partir du corps humain Les tubes sont recouverts d'enzymes qui traitent les carburants naturels tels que le lactate dans la sueur ou le glucose dans le sang. et fournissent une large surface pour le dépôt enzymatique, permettant de produire plus d'électricité à partir d'un volume donné.
Des scientifiques français ont mis au point une cellule de biocarburant à base de nanotubes de carbone enrobés d'enzymes, dont le volume est d'environ une demi-cuillère à café.Après avoir été implantée chez le rat, elle peut générer suffisamment d'énergie à partir du sucre sanguin. Ou l'alimentation du thermomètre numérique Des expériences ont également montré que les cellules de biocarburants tissées dans les vêtements tels que les bandeaux et les bracelets peuvent facilement générer suffisamment d'électricité par réaction chimique avec de la sueur d'acide lactique pour alimenter la montre.
Selon Daddwillen, ces appareils ne sont pas encore sur le marché, mais elle s'attend à ce qu'ils soient disponibles sur le marché depuis moins de 10 ans.A l'avenir, les équipements de récupération d'énergie peuvent devenir plus adaptés à l'organisme Dadvelen et ses collègues Ils étudient même la version dissolvable de leur appareil.
"Imaginez," dit-elle, "mettez un appareil dans votre corps, après que cela fonctionne pour une période de temps, il se décomposera au niveau moléculaire dans vos fluides corporels.Vous pouvez l'enlever sans couper votre poitrine: nous pouvons utiliser Des matériaux biodégradables, tels que la soie et l'oxyde de zinc, qui peuvent se dégrader avec le temps.