編集者の注記：ほとんどのウェアラブルおよび植え込み可能なデバイスの主な欠点の1つは、まだバッテリーであり、その限られた容量によって長期間の使用が制限されています。ピエゾ、摩擦電気、生物電気などを含む様々な方法の短所がありますが、アイデアは同じですので、デバイスがホスト本体からエネルギーを得ることができます。
圧電スピーカー。
「ISingtheBodyElectric」、「アクションと強度」の「美しく、好奇心、呼吸、笑っ肉」を表現する詩人ウォルト・ホイットマン（ウォルト・ホイットマン）で。150年後、MITの材料科学者、エンジニアファビオ・Dadeweilun（CananDagdeviren）とホイットマンの詩に彼女の同僚は、彼らがデバイスを発明し、新しい意味を与え、あなたは鼓動する心臓とねじれた世代に反応することができます。
電子技術は現在、非常に強いです、月面上の最初の人は。時間が経つにつれて、技術は目覚しい進歩を遂げていた1969年、NASAにおけるよりもスマートフォンのコンピューティングパワーのコンピューティングパワー、人々が着たいです体内に移植されたデバイスにも、身体はますます強力になることができます。
最もウェアラブルと移植可能な装置の主要な欠点は、そのバッテリーで、その限られた容量は、それらの長期使用を制限し、まだである。ペースメーカーの電池が切れたときに、あなたが最もやりたい電池を交換することですそして、この問題に対する手術ソリューションのために患者に人体内部のかもしれ - その機器がホストから取得したので、それは、エネルギー、化学、様々な方法を研究するために、熱や機械的求める科学者が非常に豊富ですので。エネルギー、2017年デイドサーキットジルと彼女の同僚、「医工学の年次レビューは、」詳細にこれを行います。
熱を体から、最大4.8ワットに; 60ワットまで上げ、人間の腕の動きのエネルギーをあなただけのペースメーカーを考慮に入れるならば、エネルギーの0.83ワットを作り出すことができる蛇腹状の動きを呼吸するときたとえば、人々が作ります。ワットは、助剤は5日間千ワットを維持できるようにする必要があります聞いて、必要な50000000分の1 7年間維持することができるようになります、スマートフォンは、それが意味がないわけではないとき、5時間を維持することができ1ワットが必要です。
さて、デイドジャックなどが身体自身のマシンのエネルギー源として使用するように設計されています。より多くの研究者が動物モデルおよびヒトでウェアラブルなまたは埋め込み可能な機器をテストします。
エネルギー収集戦略は、電気エネルギーに振動、圧力、および他の機械的応力からのエネルギーを変換するためにも関する。この方法は、いわゆる圧電効果、一般的にマイクとスピーカーを生成します。
一般的な圧電材料は、それは。人間に対して毒性が強すぎること「しかし、構造体の分解からリードを許すことができるチタン酸ジルコン酸鉛、懸念のためにその鉛含有量の原因である、700度摂氏にそれらを加熱する必要があります温度は、「デイドサーキットジルは言った。」あなたは体がそのような温度に到達することはありませんよ。 "
圧電効果を利用するために、Daddwillenらは、臓器、心臓、肺、およびダイヤフラムなどの筋肉に適用可能なフラットデバイスを開発しました。これらのデバイスは、機械的に見えない機械的特性は積層される材料の機械的性質に類似しているので、運動中にこれらの組織を妨げない。
これまでのところ、この装置は牛、羊、豚で検査されています。すべての動物は、人間の心臓とほぼ同じ心臓を持っています」これらの装置は機械的にねじれたとき、正と負の電荷、電圧、 - バッテリーを充電するためにこのエネルギーを集めることができます。バッテリーを使い切ってから6〜7年ごとに切り替えるのではなく、ペースメーカーのようなバイオメディカルデバイスを動かすために使うことができます。かつて。
科学者はまた、膝や肘などの関節に使用することができ、靴、ズボン、または下着に取り付けることができる装着型圧電エネルギーハーベスターを開発しています。電子機器の発電。
圧電素子を設計する際、電気を発生させるのに最適な材料を使用したくないと直感的に反対するかもしれません。たとえば、材料を5％ Daddwillen氏は、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換して、それがより多く変換するならば、身体に負荷を増やし、あなたが疲れさせることを望まないと言います。
別のエネルギー収穫方法は、熱電材料を使って体の熱を電気に変換することです。「あなたの心は年に4000万回以上鼓動します」とDaddillonは言います。他の目的のために使うことができる豊富なエネルギー源です。
熱電発電は確かに彼らは、温度差に依存している。いくつかの重要な課題に直面しているが、生成された温度差は、電気を大量に生産するには不十分であるように、人の体は、通常、ほぼ一定温度を維持する。しかし、あなたは、体内で一定の温度を維持した場合装置はさらに問題ではない、比較的涼しい空気にさらさ。
科学者たちは、例えば、ウェアラブルデバイス用の熱電装置を模索している。基本的には、人体からの熱が無線健康監視装置、人工内耳、とに脳深部刺激のためのエネルギーを提供するために、時計に電力を供給するのに十分な電力を生成することができますパーキンソン病やその他の疾患の治療。
科学者たちは日常的な静電気の影響を利用して、デバイスに電力を供給しようとします。2つの異なる材料が繰り返し衝突または摩擦すると、一方の材料の表面は電子を他方の表面から奪い、電荷を蓄積します。摩擦帯電性について摩擦帯電性の主な利点は、天然または合成のほぼすべての材料がそれを作り出すことができることで、研究者は装置を設計するための多様な可能性を提供する。
ジョージア工科大学のナノテクノロジー専門家であるWang Zhonglin氏は、次のように述べています。「私は、摩擦帯電についてより多く研究するほど、よりエキサイティングであり、今後20年間、私はこれに取り組んできました。
研究者は、竹林のナノワイヤと同様に、微視的な都市ブロックに似た立方体の格子を作成しています。ギザピラミッドに似たフィールドとアレイ王Zhonglinは、これらの材料は、美しく見えるだけでなく、非常に効果的であると述べています。彼らはピラミッドの表面をカバーし、フラットパネルに比べて発電を5倍に増やすことができます。
心臓ペースメーカー、植込み型摩擦装置によって心臓や他のパワーモニタ呼吸や心拍は、マウス、ウサギ、ブタでテストされています。「我々はまた、細胞の増殖およびin vivoでの刺激するために使用される摩擦帯電かどうかを観察します創傷治癒を促進し、「忠林王は言った。」ほかに、我々は摩擦電気神経刺激を試し、そして我々が貢献神経科学できるかどうかを確認するために始めました。 "
ゾン・リン・ワングらはまた、電気的に駆動される摩擦ウェアラブルデバイスを設計した。例えば、彼は摩擦布を含むリチウムイオン電池用可撓性バンドを生成するためにそれらを充電することができる。これは、ウェアラブル心拍計を給電することができますこの機器はブルートゥース技術を利用して、データをスマートフォンにワイヤレスで送信します。「人間の日々の運動の機械的エネルギーは、布を通して電気に変換できます。
別の戦略は、バイオ燃料電池と呼ばれるデバイスに依存し、酵素燃料分子による装置本体（例えば、血中グルコース）化学反応の間には、電気、または身体から放出された燃料分子によって（例えば、汗を生成します広い管電流で電気を生成するために分泌乳酸）、例えば、真菌Phanerochaetesordida由来の酵素は、デヒドロゲナーゼが糖の分解のみナノメートルの（十億に接着することができるセロビオース）は、炭素が生成されます。
酵素の選択は難しいことができる。例えば、科学者のいくつかのグループは、グルコースオキシダーゼは、バイオ燃料電池だけでなく、酵素生成過酸化水素、一般的に移植実験用ラットにおいて電気エネルギーを発生させることができることを見出しましたブリーチ。これはパフォーマンスを低下させる可能性があり、長期的には体にも有害です。
酵素チューブに血液乳酸や汗にグルコースなどの天然燃料を処理し、それらが電気的に活性であるが網羅ヒト臨床試験バイオ燃料電池からの電気エネルギーを発生させるためのカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡写真、酵素析出のための広い表面積を提供し、所与の体積からより多くの電気が生成されることを可能にする。
フランスの科学者がバイオ燃料電池を開発し、この細胞は、わずか約半分小さじの体積は、マウスに、それはLED、グルコースから十分な電力を発生させることができる、酵素で被覆されたカーボンナノチューブで作られました電力またはデジタル温度計。実験はまた、編成ヘッドバンドとリストバンド衣類のバイオ燃料電池を示す簡単時計に電力を供給し、酸汗との化学反応により十分な電力を発生させることができます。
ジャック・デイドの知識によると、これらのデバイスは、現在記載されているが、彼女は販売が10年未満であってもよいことを期待されていません。将来的には、エネルギーハーベスティングデバイスは、よりフィット感の体になることがあります。デイドサーキットジルと彼女の同僚をでも、そのデバイスの可溶性バージョンに取り組んでいます。
「想像して」彼女はそれの後にいくつかの時間のために働いて、あなたの体の中にデバイスを入れて、それはあなたがあなたの胸を横断していない自分の体液中の分子レベルまで分解します」と言っ取り出すことができます：我々は使用することができます経時的に劣化する可能性のある絹や酸化亜鉛などの生分解性材料。