편집자 주 : 대부분의 착용 형 및 이식 형 기기의 주요 단점 중 하나는 여전히 배터리인데, 제한된 용량으로 인해 장기간 사용이 제한됩니다 .Malantic은 과학자가이 문제를 해결하려고한다는 기사를 게시합니다. 다양한 방법의 단점 : 피에조, 마찰 전기, 생체 전기 등을 포함하지만 아이디어는 동일하므로 장비가 숙주 몸체에서 에너지를 얻을 수 있습니다.
압전 스피커.
"ISingtheBodyElectric"에서, 시인 월트 휘트먼 (월트 휘트먼은). '행동과 강도'의 '아름다운, 호기심, 호흡, 웃음 살을'표현 150 년 후, MIT의 재료 과학자, 엔지니어 파비오 · Dadeweilun (CananDagdeviren)과 휘트먼의시에 그녀의 동료들은이 장치를 발명, 새로운 의미를 부여, 당신은 고동 치는 심장과 트위스트 세대에 반응 할 수 있습니다.
전자 기술은 달의 첫 번째 사람이. 시간이 지남에 따라 기술은 사람들이 입고 싶어, 놀라운 발전을 한 경우, 지금은 1969 년 NASA보다 스마트 폰의 컴퓨팅 파워 컴퓨팅 파워 매우 강하다 신체에 이식 된 장치도 더욱 강력해질 수 있습니다.
페이스 메이커의 배터리가 떨어지면 대부분의 착용 및 이식 장치하는 것은 여전히 큰 단점은 자신의 배터리입니다, 그것의 제한 용량은 자신의 장기 사용을 제한한다. 대부분이 원하는 당신은 배터리를 교체하는 것입니다 그리고 환자에게 수술을 실시하십시오.이 문제에 대한 해결책은 에너지, 화학, 열 및 기계가 풍부하기 때문에 인체 내부에있을 수 있습니다. 이로 인해 과학자들은 호스트에서 장비를 가져 오는 다양한 방법을 연구하게되었습니다 Energy, Daddwellen과 그녀의 동료들은 2017 년 생의학 (Biomedical Engineering) 연례 검토에서 이것을 자세히 설명했다.
예를 들어, 호흡 중에 사람이 만든 벨 로즈 모양의 움직임은 0.83 와트의 에너지를 생성 할 수 있으며, 인체에서 발생한 열은 최대 4.8 와트, 사람의 팔 운동의 에너지는 최대 60 와트입니다. 맥박 조정기 만 고려할 경우 보청기는 5 일을 유지하기 위해 1 천 와트의 전력이 필요하며, 스마트 폰은 5 시간을 유지하려면 1 와트가 필요합니다. 이것은 의미가 없습니다.
요즘 Daddwillen과 다른 사람들은 신체를 에너지 원으로 사용하는 기계를 설계하고 있으며 점점 더 많은 연구자들이 동물 모델과 인간에서 착용 식 또는 이식 가능한 장치를 테스트하고 있습니다.
에너지 수확 전략은 에너지를 진동, 압력 및 기타 기계적 응력에서 전기 에너지로 변환하는 방법으로, 스피커와 마이크에 일반적으로 사용되는 압전 효과를 생성합니다.
일반적으로 사용되는 압전 재료는 납 지르 코 네이트 티타 네이트 (lead zirconate titanate)이며 납 성분이 인체에 너무 독성이있을 수 있다는 우려를 불러 일으키고 있습니다. 그러나 납이 구조물에서 분해되기를 원한다면 섭씨 700도 이상으로 가열해야합니다. Daddwillon이 말했다. "너는 몸의 온도에 결코 도달하지 못할 것이다."
압전 효과를 이용하려면, 데이 드 회로 질과 그녀의 동료는 평면 장치가 심장, 폐 및 격막 및 다른 장기와 근육에 부착 할 수 있습니다 개발했다.이 장치가 있기 때문에 '보이지 않는 기계'입니다 그들이 적층 재료와 유사한 기계적 특성, 그들은 이러한 조직의 움직임을 방해하지 않습니다.
지금까지이 장비는 소, 양, 돼지에 대해 테스트를 마쳤으며 모든 동물은 인간의 심장과 거의 같은 심장을 가지고 있습니다. '이 장치가 기계적으로 비틀어지면 양전하와 음전하, 전압 및 전류가 생성됩니다. - 배터리를 충전하기 위해이 에너지를 수집 할 수 있습니다. '라고 Dadvenen은 설명합니다. 배터리를 모두 사용하면 6 ~ 7 년마다 배터리를 교체하는 대신 심박 조정기와 같은 생물 의학 장치를 사용할 수 있습니다. 한 번. '
과학자들은 또한 무릎이나 팔꿈치뿐만 아니라 신발, 바지 또는 속옷과 같은 관절에 착용 할 수있는 착용 가능한 압전 에너지 수확기를 개발하고 있습니다.이 방법으로 사람은 팔을 걷거나 구부릴 수 있습니다 전자 장치 용 발전.
압전 디바이스를 설계 할 때, 사람들은 반 직관적으로 전기를 발생시키는 데 가장 좋은 재료를 사용하고 싶지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 5 % 일 수있는 재료를 선택하는 대신 2 % 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 소재가 더 많이 변환되면 몸에 더 많은 부하가 가해질 수 있으므로 피곤하게 만들고 싶지는 않습니다. "라고 Daddwillen은 말했습니다.
다른 에너지 수확 방법은 열전 재료를 사용하여 체열을 전기 에너지로 변환하는 것입니다. '네 심장은 일년에 4 천만 번 이상 뛰는 데,이 모든 에너지는 열의 형태로 체내에서 방출된다. 다른 목적으로 사용될 수있는 풍부한 잠재력의 원천입니다.
열전 발전기는 몇 가지 중요한 문제에 직면 해 있지만 온도 차이에 의존하지만 인체는 대개 일정한 온도를 유지하기 때문에 결과적으로 온도 차이가 많아서 많은 양의 전기를 생성 할 수 없습니다. 그러나 신체가 일정한 온도 장치는 비교적 차가운 공기에도 노출되어 문제가되지 않습니다.
과학자들은 시계에 전원을 공급하는 것과 같은 웨어러블 장치를위한 열전 장치를 연구하고 있습니다. 신체의 열은 원칙적으로 무선 건강 모니터, 달팽이관 주입기 및 뇌 자극기에 전력을 공급할 수있는 충분한 전력을 생성 할 수 있습니다. 파킨슨 병과 같은 질병의 치료.
과학자들은 일상적인 정전기의 영향을 이용하여 장치에 전력을 공급하려고 시도합니다. 두 개의 서로 다른 물질이 반복적으로 충돌하거나 마찰되면 한 물질의 표면이 다른 표면에서 전자를 훔쳐서 전하를 축적합니다. 마찰 전기 특성 (마찰 전기 특성) 마찰 저항의 주요 이점은 자연 또는 합성 물질을 포함한 거의 모든 물질이이를 만들 수 있기 때문에 연구원에게 장비 설계를위한 다양한 가능성을 부여한다는 것입니다.
조지아 공대의 나노 기술 전문가 인 왕 종린 (Wang Zhonglin) 보고서의 공동 저자는 "마찰 전기에 대해 더 많이 연구할수록 흥미 진진하고 응용 분야가 많아진다"며 " 앞으로 20 년 동안 나는 이것을 연구 해왔다.
장치의 다른 마찰 표면 과학자들은 다양한 형태와 구조 테스트, 그래서 그들이 생산하는 전기의 양이도 다르다. 연구자들은 대나무 나노 와이어와 비슷한 도시 블록의 유사한 미세 입방 격자, 생산 평판과 비교하여, 발전의 5 배의 양을 증가시킬 수 있기 때문에 기자 필드. 종 린 왕 같은 배열은, 이들 물질은 표면 피복 피라미드, 매우 효과적인 '예쁘다 "아닙니다.
심장 박동기 마찰 장치에 의한 심장 이식 및 다른 전력 모니터 호흡 및 심박동은 쥐, 토끼, 돼지에서 시험되었다. "우리는 세포 성장 및 생체 내 자극하기 위해 사용될 수 있는지 관찰 마찰 상처 치유를 촉진, "종 린 왕은 말했다."또한, 우리는 마찰 전기 신경 자극 실험, 우리가 기여 신경 과학 수 있는지 확인하기 시작했다. '
Wang Zhonglin과 그의 동료들은 또한 마찰 전기 구동 식 착용 장치를 설계했습니다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리가 포함 된 유연한 벨트를 충전하는 데 사용할 수있는 마찰 전기 천을 만들었습니다. 이 장비는 블루투스 기술을 사용하여 무선으로 데이터를 스마트 폰으로 전송하며 '인간의 일상적인 운동의 기계적 에너지는 우리의 천으로 전기로 변환 될 수있다'고 왕 종린은 말했다.
또 다른 전략은 효소와 신체의 연료 분자 (혈액의 포도당과 같은) 사이의 화학 반응 또는 몸에서 배출 된 연료 분자 (땀과 같은)를 통해 전기를 생성하는 바이오 연료 전지라고 불리는 장비에 의존합니다 예를 들어, Phanerochaetesordida 균의 효소 성 세균성 세균 중 탈수소 효소는 설탕을 분해하여 나노 미터 (10 억분의 1 미터) 너비의 탄소 나노 튜브 만 부착하면 전기를 생성 할 수 있습니다.
예를 들어, 몇몇 과학자 그룹은 포도당 산화 효소가 실험용 쥐에 이식 된 바이오 연료 세포에서 전기를 생산할 수 있다는 것을 발견했지만,이 효소는 또한 과산화수소 표백제는 성능을 저하시킬 수 있으며 장기적으로 신체에 해를 끼치게됩니다.
인체에서 전기 에너지를 생성하는 실험용 바이오 연료 전지에 사용되는 탄소 나노 튜브의 전자 현미경 사진. 튜브는 땀의 젖산이나 혈액의 포도당과 같은 천연 연료를 처리하는 효소로 덮여 있으며 전기적으로 활성입니다. , 효소 침적을위한 광범위한 표면적을 제공하여 주어진 부피에서 더 많은 전기를 생성 할 수 있습니다.
프랑스 과학자들은 찻 숱가락 정도 밖에 안되는 효소가 코팅 된 탄소 나노 튜브로 만든 바이오 연료 전지를 개발했다. 마우스에 이식 한 후 혈당으로부터 충분한 에너지를 생산할 수있다. 또는 디지털 온도계 전원 공급 장치. 실험에 따르면 머리띠 및 손목 밴드와 같은 의류에 짜여진 바이오 연료 전지는 시계에 전원을 공급하기 위해 젖산 땀과의 화학 반응으로 쉽게 전기를 생성 할 수 있습니다.
Daddwillen에 따르면 이러한 장치는 아직 출시되지 않았지만 향후 10 년 이내에 시장에 출시 될 것으로 기대하고 있으며 향후 에너지 수확 장치가 신체에 더 적합해질 수 있다고 Dadvelen과 그녀의 동료 그들은 심지어 기기의 해체 가능한 버전을 연구하고 있습니다.
그것은 당신이 당신의 가슴을 꺼낼 수 교차하지 않는 당신의 체액에 분자 수준으로 분해되며, 그 후 약간의 시간을 위해 일하고, 당신의 몸에 장치를 넣어 '그녀는 말했다,'상상 '우리가 사용할 수 있습니다 시간이 지남에 따라 분해 될 수있는 실크 및 산화 아연과 같은 생분해 성 물질.