Nota del editor: Uno de los principales inconvenientes de la mayoría de los dispositivos portátiles e implantables sigue siendo sus baterías. Su capacidad limitada limita su uso a largo plazo. The Atlantic Monthly publica un artículo explicando que los científicos están tratando de resolver este problema. Desventajas de varios métodos. Incluyendo piezo, triboelectricidad, bioelectricidad, etc., pero la idea es la misma, por lo que el dispositivo para obtener energía del cuerpo del host.
Altavoces piezoeléctricos.
En ISingtheBodyElectric, el poeta Walt Whitman expresó la 'acción y el poder' de 'hermoso, curioso, respirando, riéndose del cuerpo'. Después de más de 150 años, el científico de materiales del MIT, el ingeniero Canna · Candan Dagdeviren y sus colegas dieron un nuevo significado a los poemas de Whitman: inventaron un dispositivo que puede distorsionar la generación de energía al reaccionar a los latidos del corazón.
La tecnología electrónica es muy poderosa ahora. El poder de cómputo de un teléfono inteligente excede la capacidad de computación de la NASA cuando puso al primer grupo de personas en la luna en 1969. Con el tiempo, la tecnología ha progresado extraordinariamente. Los dispositivos que incluso se implantan en el cuerpo también pueden volverse más potentes.
Uno de los mayores inconvenientes de la mayoría de los dispositivos portátiles e implantables sigue siendo sus baterías. Su capacidad limitada limita su uso a largo plazo. Cuando el marcapasos se agota, lo último que desea hacer es reemplazar la batería. Y para realizar una operación en un paciente. La solución a este problema puede estar dentro del cuerpo humano porque es rico en energía, química, calor y mecánica. Esto llevó a los científicos a estudiar una variedad de métodos para obtener equipos del anfitrión. Energy, Daddwellen y sus colegas detallaron esto en la Revisión anual de 2017 de Ingeniería Biomédica.
Por ejemplo, el movimiento similar al fuelle hecho por una persona al respirar puede producir 0,88 vatios de energía, el calor del cuerpo, hasta 4,8 vatios, la energía del movimiento del brazo de una persona, hasta 60 vatios. Si se tiene en cuenta solo el marcapasos Se necesitan cinco millonésimas de vatio para mantenerlo durante siete años. Los audífonos necesitan una milésima de vatio para mantener cinco días. Un teléfono inteligente necesita un vatio para mantener cinco horas. Esto no tiene sentido.
Hoy en día, Daddwillen y otros diseñan máquinas que usan el cuerpo como fuente de energía. Cada vez más investigadores están probando este dispositivo portátil o implantable en modelos animales y humanos.
Una estrategia de captación de energía se refiere a convertir la energía de la vibración, presión, y otros esfuerzos mecánicos en energía eléctrica. Este proceso produce un llamado efecto piezoeléctrico, en general, un micrófono y un altavoz.
Un material piezoeléctrico común es el titanato zirconato de plomo, su causa contenido de plomo de preocupación, puede ser demasiado tóxico para los seres humanos. 'Pero dejar que el plomo de la descomposición de la estructura, es necesario calentarlos a 700 grados Celsius La temperatura ", dijo Daddwillon." Nunca alcanzarás esta temperatura en tu cuerpo ".
Para aprovechar el efecto piezoeléctrico, Daddwillen y sus colegas han desarrollado un dispositivo plano que se puede aplicar a órganos, músculos como el corazón, los pulmones y los diafragmas. Estos dispositivos son "mecánicamente invisibles" debido a su Las propiedades mecánicas son similares a las de los materiales sobre los que están laminados, por lo que no impiden estos tejidos durante el ejercicio.
Hasta ahora, este dispositivo ha sido probado en bovinos, ovejas y cerdos. Todos los animales tienen aproximadamente el mismo corazón que el corazón humano. "Cuando estos dispositivos se tuercen mecánicamente, generan cargas positivas y negativas, voltajes y corrientes. - Puedes recolectar esta energía para cargar la batería ", explicó Dadvenen." Puedes usarlos para ejecutar dispositivos biomédicos como marcapasos en lugar de cambiar cada sesenta y siete años cuando la batería está agotada. Una vez.
Los científicos también están desarrollando recolectores de energía piezoeléctrica que se pueden usar en las articulaciones, como rodillas o codos, o en los zapatos, los pantalones o la ropa interior. De esta forma, una persona puede caminar o doblar el brazo. Generación de energía para dispositivos electrónicos.
Al diseñar un dispositivo piezoeléctrico, es posible que las personas no quieran usar los materiales que mejor generan electricidad. Por ejemplo, es posible que solo desee un material que sea solo un 2% o menos eficiente, en lugar de elegir un material que pueda ofrecer un 5%. Un material que convierte la energía mecánica en energía eléctrica, si se convierte más, "puede agregar más carga al cuerpo, y no quieres que te cansa", dijo Daddwillen.
Un método de recolección de energía diferente es usar materiales termoeléctricos para convertir el calor corporal en electricidad. "Tu corazón late más de 40 millones de veces al año", dijo Daddvilleen. Toda esta energía se emite en el cuerpo en forma de calor. Es una fuente rica de energía potencial que puede usarse para otros fines.
Los generadores termoeléctricos enfrentan algunos desafíos clave: dependen de las diferencias de temperatura, pero los cuerpos de las personas generalmente mantienen temperaturas bastante constantes, por lo que la diferencia de temperatura resultante generalmente no es suficiente para generar mucha electricidad. Sin embargo, si el cuerpo se mantiene a temperatura constante, El dispositivo también está expuesto a aire relativamente frío, lo que no es un problema.
Los científicos están explorando dispositivos termoeléctricos para dispositivos portátiles, como encender relojes. En principio, el calor del cuerpo puede generar suficiente energía para alimentar monitores de salud inalámbricos, implantes cocleares y estimuladores cerebrales profundos. Tratamiento de enfermedades como la enfermedad de Parkinson.
Los científicos también están tratando de tomar ventaja de los efectos diarias de electrostática detrás de la energía del dispositivo. Cuando dos materiales diferentes colisionan repetidamente entre sí o rocen la superficie de un material se roban electrones de la superficie de otro material, carga acumulada, un fenómeno conocido como electricidad fricción. una de las ventajas clave de la electricidad de fricción, casi todos los materiales, ya sean naturales o sintéticos, son capaces de crear, para proporcionar a los investigadores una variedad de dispositivos de posibilidades de diseño.
'Cuanto más estudio I de la electricidad por fricción, la más emocionante es, más su aplicación ", co-autor del informe, el experto en nanotecnología Zhong Lin Wang del Instituto de Tecnología de Georgia, dijo.' Me veo en el acceso Durante los siguientes 20 años, he estado trabajando en esto.
La superficie de los dispositivos triboeléctricos es diferente y la cantidad de electricidad que pueden producir también varía, por lo que los científicos están experimentando con diversas formas y estructuras. Los investigadores han creado redes cúbicas similares a bloques urbanos microscópicos, similares a los nanocables de los bosques de bambú. Campos y matrices similares a la Pirámide de Giza. Wang Zhonglin dijo que estos materiales no solo son "hermosos", sino que también son muy efectivos. Cubren una superficie con pirámides y pueden aumentar la generación de energía en 5 veces en comparación con los paneles planos.
marcapasos cardiacos, cardíacos y de otros respiración monitor de potencia y el ritmo cardíaco por la fricción dispositivo implantable ha sido probado en ratones, conejos y cerdos. 'Observamos también si triboeléctrica puede utilizar para estimular el crecimiento celular e in vivo promover la cicatrización de heridas, "dijo Zhong Lin Wang." Además, hemos comenzado a experimentar la estimulación nerviosa eléctrica fricción, y ver si podemos contribuir neurociencia ".
Zhong Lin Wang y sus colegas también diseñaron un dispositivo portátil de fricción accionadas eléctricamente. Por ejemplo, se puede cargar ellos para producir una banda flexible para una batería de iones de litio que comprende la tela triboeléctrica. Esto puede ser alimentado metros latido usable, la El instrumento usa la tecnología Bluetooth para transmitir de forma inalámbrica sus datos a un teléfono inteligente. "La energía mecánica del movimiento humano diario se puede convertir en electricidad a través de nuestra tela", dijo Wang Zhonglin.
Otra estrategia depende del dispositivo que se llama célula bio-combustible, y el cuerpo del dispositivo por una moléculas de combustible enzima (por ejemplo, glucosa en la sangre) entre la reacción química para generar electricidad o por las moléculas de combustible liberado desde el cuerpo (por ejemplo sudor lactato secretado) para generar electricidad, por ejemplo, una enzima derivada de un fúngica celobiosa deshidrogenasa Phanerochaetesordida se puede adherir a la descomposición del azúcar y sólo nanómetros (millonésimas de metros) de ancho en la corriente del tubo se genera de carbono.
La elección de enzimas puede ser complicada. Por ejemplo, varios grupos de científicos han descubierto que la glucosa oxidasa puede producir electricidad en células de biocombustibles implantadas en ratas de laboratorio, pero esta enzima también produce peróxido de hidrógeno, un elemento común. Bleach: esto puede degradar el rendimiento y, a la larga, también es dañino para el cuerpo.
Exploración de micrografías electrónicas de nanotubos de carbono para su uso en células experimentales de biocombustibles que generan energía eléctrica del cuerpo humano. Los tubos están cubiertos con enzimas que tratan los combustibles naturales, como el lactato en el sudor o la glucosa en la sangre. Son activos eléctricamente. y proporcionan una amplia área de superficie para la deposición de enzimas, lo que permite generar más electricidad a partir de un volumen dado.
Científicos franceses desarrollaron una célula de biocombustible hecha de nanotubos de carbono recubiertos con enzimas, que son solo alrededor de media cucharadita. Después de ser implantados en ratones, pueden generar suficiente energía a partir del azúcar en la sangre. O la fuente de alimentación del termómetro digital. Los experimentos también han demostrado que las células de biocombustibles tejidas en la ropa, como cintas para la cabeza y muñequeras, pueden generar electricidad suficiente a través de la reacción química con sudor de ácido láctico para alimentar el reloj.
Según Daddwillen, estos dispositivos aún no están en el mercado, sin embargo, espera que estén disponibles en el mercado por menos de 10 años. En el futuro, los equipos de recolección de energía pueden ser más aptos para el cuerpo. Dadvelen y sus colegas Incluso están estudiando la versión soluble de su dispositivo.
"Imagínense", dijo, "pongan un dispositivo en su cuerpo, después de que funcione por un tiempo, se descompondrá a nivel molecular en los fluidos corporales. No es necesario cortar el pecho para sacarlo: podemos usarlo". Materiales biodegradables, como la seda y el óxido de zinc, que pueden degradarse con el tiempo.