یادداشت سردبیر: دستگاه های پوشیدنی ترین و کاشت است که هنوز یک اشکال عمده باتری خود را، ظرفیت محدود آن استفاده طولانی مدت از آنها را محدود است، "ماهنامه آتلانتیک" به چاپ مقاله در مورد دانشمندان در حال تلاش برای حل این. معایب روش های مختلف از جمله پیزو، تربو الکتریکی، بیوالکتریک و غیره، اما ایده همان است، به طوری که دستگاه برای به دست آوردن انرژی از بدن میزبان.
بلندگو پیزوالکتریک.
شاعر والت ویتمن در "ISingtheBodyElectric" بیان "عمل و قدرت" "زیبایی، کنجکاو، تنفس، خنده دار بدن" را بیان کرد. پس از گذشت بیش از 150 سال دانشمند مهندسی MIT، مهندس کانا · Candan Dagdeviren و همکارانش معنای جدیدی برای اشعار ویتمن داشتند و اختراع کردند که می تواند با واکنش به ضربان قلب، تولید انرژی را تحریف کند.
فناوری های الکترونیکی اکنون بسیار قدرتمند است. قدرت محاسباتی یک تلفن هوشمند بیش از قدرت محاسباتی ناسا زمانی بود که نخستین گروه را در ماه در سال 1969 قرار داد. با گذشت زمان، تکنولوژی پیشرفت فوق العاده ای به دست آورد. دستگاههایی که حتی در بدن نیز وارد میشوند نیز میتوانند قدرتمندتر شوند.
اغلب دستگاه های پوشیدنی و کاشت هنوز یک اشکال عمده باتری خود است، ظرفیت محدود خود استفاده طولانی مدت خود را محدود می کند. وقتی باتری ضربان ساز اجرا می شود، شما بیشتر می خواهید انجام دهید این است به جای باتری و به یک بیمار برای راه حل جراحی برای این مشکل ممکن است در داخل بدن انسان می شود - به دلیل آن بسیار غنی در انرژی، شیمیایی، حرارتی و مکانیکی دانشمندان باعث به مطالعه انواع روش است، به طوری که تجهیزات به دست آمده از میزبان. انرژی، دده مدار ژیل و همکارانش در سال 2017، "بررسی سالانه مهندسی پزشکی" انجام این کار در جزئیات.
به عنوان مثال، حرکات کوپلینگ که توسط یک فرد در هنگام تنفس انجام می شود، می تواند 0.83 وات انرژی تولید کند؛ گرما از بدن تا 4.8 وات؛ انرژی حرکت یک دست یک فرد تا 60 وات. اگر شما تنها ضربان ساز را در نظر بگیرید برای نگهداری آن برای هفت سال طول می کشد تا پنج میلیون وات. کمک های شنوایی نیاز به یک هزار و یک وات تا پنج روز گذشته دارد. تلفن هوشمند نیاز به یک وات برای حفظ پنج ساعت دارد. این بی معنی است.
امروزه، Daddwillen و دیگران ماشین هایی را طراحی می کنند که از بدن انسان به عنوان یک منبع انرژی استفاده می کنند. محققان بیشتر و بیشتر این دستگاه پوشیدنی یا ایمپلنت را در مدل های حیوانی و انسان آزمایش می کنند.
یک استراتژی مجموعه انرژی مربوط به تبدیل انرژی از ارتعاش، فشار، و دیگر تنش های مکانیکی را به انرژی الکتریکی. این فرایند به تولید یک اثر پیزوالکتریک به اصطلاح، به طور کلی یک میکروفون و یک سخنران.
مواد پیزوالکتریک رایج تیتانات زیرکونات سرب، علت سربیاش برای نگرانی است، ممکن است برای انسان بیش از حد سمی. »اما اجازه دهید سرب از تجزیه ساختار، لازم است به آنها گرما تا 700 درجه سانتیگراد درجه حرارت، دده مدار ژیل گفت. '، شما بدن هرگز به چنین درجه حرارت خواهد رسید.
Daddwillen و همکارانش برای استفاده از اثر پیزوالکتریک، یک دستگاه صاف را که می توانند به اندام ها، عضلات مانند قلب، ریه ها و دیافراگم ها اعمال شوند، توسعه داده اند. این دستگاه ها به علت داشتن "مکانیکی نامرئی" خواص مکانیکی شبیه به موادی است که روی آنها پوشیده شده است، بنابراین در طول ورزش این بافت ها را مختل نمی کند.
تا کنون، این دستگاه برای گاو، گوسفند و خوک مورد آزمایش قرار گرفته است. همه حیوانات تقریبا قلب همانند قلب انسان هستند. هنگامی که این دستگاه ها به صورت مکانیکی پیچیده می شوند، آنها بارهای مثبت و منفی، ولتاژ و جریان را تولید می کنند. Dardevelen می گوید: "شما می توانید این انرژی را برای شارژ باتری جمع آوری کنید." به جای تغییر هر شصت و هفت سال زمانی که باتری خسته می شود، می توانید از آنها استفاده کنید تا دستگاه های بیومدیک مانند ضربان ساز را اجرا کنید. یک بار. '
دانشمندان همچنین در حال ساخت برداشتن مصرف انرژی پیزوالکتریک هستند که می توانند بر روی مفاصل مانند زانوی یا آرنج ها، و همچنین کفش، شلوار یا لباس زیر استفاده شوند. به این ترتیب، فرد می تواند از دستش برود یا خم شود تولید برق برای دستگاه های الکترونیکی
هنگام طراحی یک دستگاه پیزوالکتریک، افرادی که ممکن است به طور مستقیم با آنها مخالف باشند، نمی خواهند از مواد مورد استفاده در تولید برق استفاده کنند. به عنوان مثال، شما فقط می توانید یک ماده که فقط 2٪ یا کمتر کارآمد است، به جای انتخاب مواد که می تواند 5٪ Daddwillen گفت: یک ماده که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، اگر بیشتر تبدیل شود، "ممکن است بار بیشتری را به بدن اضافه کند، شما نمی خواهید آن را خسته کنید."
یک روش برداشت انرژی متفاوت، استفاده از مواد ترموالکتریک برای تبدیل حرارت بدن به انرژی الکتریکی است. "Daddwillen قلب شما بیش از 40 میلیون بار در سال است." این همه انرژی در بدن به صورت گرما منتشر می شود - این منبع غنی از انرژی بالقوه است که می تواند برای اهداف دیگر مورد استفاده قرار گیرد.
ژنراتورهای حرارتی است که در واقع رو به برخی از چالش های کلیدی است. آنها در اختلاف دما بستگی دارد، اما بدن مردم معمولا حفظ یک درجه حرارت نسبتا ثابت، به طوری که اختلاف درجه حرارت تولید شده کافی برای تولید مقادیر زیادی از برق است. با این حال، اگر شما حفظ یک درجه حرارت ثابت در بدن وقتی دستگاه نیز در معرض هوا نسبتا سرد است که یک مشکل نیست.
دانشمندان در حال بررسی دستگاه های حرارتی برای دستگاه های پوشیدنی، برای مثال. در اصل، گرما را از بدن انسان می تواند برق به اندازه کافی تولید به قدرت دیده بان، به تامین انرژی برای دستگاه های بی سیم نظارت بر سلامت، کاشت حلزون، و باعث تحریک عمیق مغزی به درمان بیماری هایی مانند بیماری پارکینسون.
دانشمندان همچنین سعی می کنند از اثرات الکتریکی استاتیک روزمره برای قدرت دستگاه استفاده کنند.هنگامی که دو مواد مختلف بارها با یکدیگر برخورد می کنند یا در برابر یکدیگر قرار می گیرند، سطح یک ماده الکترون ها را از سطح دیگر جدا می کند و بار را جمع می کند. این پدیده نامیده می شود برای triboelectricity. یک مزیت کلیدی triboelectricity این است که تقریبا تمام مواد، چه طبیعی و چه مصنوعی، می توانند آن را ایجاد کنند، به پژوهشگران امکان طراحی تجهیزات را می دهد.
"وانگ ژونگلین، یکی از متخصصان فناوری نانو در موسسه فناوری گرجستان، گفت:" بیشتر در مورد triboelectricity مطالعه می کنم، هیجان انگیز تر و برنامه های کاربردی آن بیشتر است. "من می توانم خودم را انتخاب کنم برای 20 سال آینده، من در این زمینه کار کرده ام.
مختلف سطح تریبو الکتریک از دستگاه، مقدار برق تولید می کنند نیز متفاوت است، بنابراین دانشمندان آزمایش اشکال و ساختارهای متفاوت است. محققان مشابه شبکه مکعب میکروسکوپی از بلوک های شهرستان، شبیه به نانوسیم بامبو تولید کرده اند زمینه جیزه و یک آرایه مانند. زونگ لین وانگ، این مواد نه تنها در ظاهر زیبا و بسیار موثر، با یک هرم سطح پوشش، در مقایسه با صفحه تخت، می توان مقدار افزایش 5 برابری تولید برق.
راهنما، قلبی و سایر تنفس و ضربان قلب مانیتور قدرت توسط اصطکاک دستگاه کاشت شده است در موش، خرگوش و خوک تست شده است. "ما همچنین مشاهده اینکه آیا تریبو الکتریک استفاده می شود برای تحریک رشد سلول و در داخل بدن ترویج بهبود زخم، گفت: "زونگ لین وانگ." علاوه بر این، ما به تجربه تحریک الکتریکی عصب از اصطکاک، و ببینید که اگر ما می توانیم علوم اعصاب کمک را آغاز کرده اند.
زونگ لین وانگ و همکارانش همچنین یک دستگاه پوشیدنی اصطکاک، هدایت الکتریکی طراحی شده است. برای مثال، او می تواند آنها را برای تولید یک گروه انعطاف پذیر برای یک باتری لیتیوم یون شامل پارچه تریبو الکتریک شارژ کنید. این ممکن است مجهز متر ضربان قلب پوشیدنی است، ابزار با استفاده از فن آوری بلوتوث برای انتقال داده به صورت بی سیم به تلفن های هوشمند. حرکت مکانیکی به طور منظم از انسان توسط پارچه ما را می توان به انرژی الکتریکی تبدیل، گفت: "زونگ لین وانگ.
یکی دیگر از استراتژی بستگی به دستگاه به نام سلول سوخت زیستی، و بدن دستگاه توسط یک مولکولهای سوخت آنزیم (به عنوان مثال، گلوکز در خون) بین واکنش شیمیایی برای تولید برق یا با مولکولهای سوخت آزاد شده از بدن (به عنوان مثال عرق لاکتات ترشح) برای تولید برق، برای مثال، یک آنزیم به دست آمده از Phanerochaetesordida سلوبیوز دهیدروژناز قارچی را می توان به تجزیه قند و تنها نانومتر (یک میلیاردم متر رعایت) گسترده ای در حال حاضر لوله است کربن تولید می شود.
انتخاب آنزیم ها می تواند مشکل باشد. برای مثال، چندین گروه از دانشمندان کشف کردند که گلوکز اکسیداز میتواند در سلولهای سوخت زیستی تولید شده در موش آزمایشگاهی تولید الکتریسیته تولید کند، اما این آنزیم همچنین پراکسید هیدروژن تولید می کند. سفید کننده. این ممکن است عملکرد را کاهش دهد و در دراز مدت نیز برای بدن مضر است.
میکروسکوپ الکترونی از نانولوله های کربنی برای استفاده در سلول های تجربی سوخت زیستی که انرژی الکتریکی را از بدن انسان تولید می کنند. لوله ها با آنزیم هایی که از سوخت های طبیعی مانند لاکتات در عرق و یا گلوکز خون استفاده می کنند پوشیده شده اند. ، و یک سطح وسیع سطح برای رسوب آنزیم را فراهم می کند، که امکان تولید برق بیشتری را از یک حجم مشخص فراهم می کند.
دانشمندان فرانسوی یک سلول biofuel ساخته شده از نانولوله های کربنی با پوشش آنزیمی دارند که فقط تقریبا نیمی از قاشق چای خوری هستند. پس از موش های تزریقی، آنها می توانند انرژی کافی از گلوکز خون تولید کنند. یا منبع تغذیه دماسنج دیجیتال. آزمایشات همچنین نشان داده اند که سلول های سوخت زیستی که در لباس هایی از قبیل سربند و دستبند بافته شده اند، می توانند به راحتی از طریق واکنش شیمیایی با استفاده از پتاسیم اسید لاکتیک به منظور افزایش قدرت ساعت، تولید برق کافی کنند.
با توجه به Daddwillen، این دستگاه ها هنوز در بازار نیستند، اما انتظار می رود که آنها در بازار کمتر از 10 سال در بازار موجود باشند. در آینده، تجهیزات برداشت انرژی ممکن است برای بدن مناسب باشد. Dadvelen و همکارانش آنها حتی در حال مطالعه نسخه قابل بازیافت دستگاه خود هستند.
وی تصریح کرد: "پس از آنکه مدتی کار کرد، یک دستگاه را در بدن خود بگذارید، آن را به سطح مولکولی در مایعات بدن تبدیل خواهد شد. شما لازم نیست که قفسه سینه خود را بردارید: ما می توانیم از آن استفاده کنیم مواد زیستی قابل تجزیه، مانند ابریشم و اکسید روی، که می تواند در طول زمان کاهش یابد.