Actuellement, les scientifiques étudient comment convertir l'énergie mécanique, thermique et chimique du corps humain en énergie électrique par diverses méthodes telles que les effets piézoélectriques, la conversion d'énergie thermique, les effets électrostatiques et les réactions chimiques, fournissant ainsi de l'énergie aux dispositifs portables ou implantables. Dans I Sing the Body Electric, le poète Walter Whitman décrit affectueusement l '«action et la puissance» de «beaux muscles étranges, respirants et riants».
Plus de 150 ans plus tard, Canan Dagdeviren, scientifique et ingénieur du MIT, et ses collègues utilisent la recherche pour donner un nouveau sens aux poèmes de Whitman et étudient une façon de compter sur les gens. Un appareil qui génère de l'électricité en battant le cœur.
Les capacités des produits électroniques d'aujourd'hui sont si puissantes que la puissance de calcul des smartphones dépasse de loin les capacités de traitement des équipements habités de la NASA lorsque les premiers astronautes ont été envoyés sur la Lune en 1969. , Le développement rapide de la technologie rend les gens attendent de plus en plus de dispositifs portables ou de dispositifs implantables.
Le principal inconvénient de la plupart des dispositifs portables et des dispositifs implantables est la durée de vie de la pile.La capacité limitée de la batterie limite l'utilisation à long terme de l'appareil.Lorsque la puissance du stimulateur est épuisée, ce que vous devez faire est pour le patient. Remplacement des piles par une chirurgie La solution fondamentale à ce problème réside dans le corps humain, car le corps contient une grande quantité d'énergie chimique, thermique et mécanique, ce qui a conduit les scientifiques à étudier à plusieurs reprises comment l'appareil obtient de l'énergie du corps humain.
Par exemple, le mouvement d'une personne en respirant peut produire 0,83 watts d'énergie, la chaleur du corps à l'état calme est d'environ 4,8 watts, le bras d'une personne peut exercer jusqu'à 60 watts d'énergie. Cinq millions de watts d'énergie peuvent durer sept ans, les aides auditives peuvent fonctionner pendant cinq jours avec seulement un millième de watt, et un watt d'énergie permet à un smartphone de fonctionner pendant cinq heures.
Maintenant, Dagvelen et ses collègues étudient comment utiliser le corps lui-même comme source d'énergie pour l'appareil.Les chercheurs ont commencé à tester ce dispositif portable ou dispositif implantable sur les animaux et les humains.
L'une des stratégies de récupération d'énergie consiste à convertir l'énergie produite par les vibrations, les pressions et d'autres contraintes mécaniques en énergie électrique, ce qui produit ce que l'on appelle la piézoélectricité, couramment utilisée dans les haut-parleurs et les microphones.
Un matériau piézoélectrique couramment utilisé est le titanate de zirconate de plomb, mais sa teneur élevée en plomb est préoccupante car elle est trop toxique pour le corps humain. "Mais si vous voulez décomposer le plomb de la structure, Dagwren dit: Elle doit être chauffée à plus de 700 degrés Celsius. »Dagveron a dit:« Vous ne pouvez jamais atteindre cette température dans le corps humain.
Afin d'utiliser l'effet piézo-électrique, Dag Jacques et ses collègues ont développé des organes et des muscles moyens plats peuvent être fixés, tels que le cœur, les poumons et le diaphragme, etc. Ces dispositifs sont « machine invisibles », en raison de leurs propriétés mécaniques et ils sont L'environnement est similaire, donc il n'interférera pas avec le travail normal de ces organisations pendant l'exercice.
Jusqu'à présent, ces dispositifs ont été faites chez les vaches, les moutons et les porcs testés, car la taille du coeur de ces animaux avec la taille du cœur humain sensiblement la même. « Se produit lorsque ces dispositifs sont mécaniquement déformés, ils génèrent des charges positives et négatives, la tension et le courant, de sorte que peut recueillir l'énergie pour recharger la batterie «, a expliqué Dag Jacques a dit: « vous pouvez les utiliser pour exécuter un stimulateur cardiaque et d'autres dispositifs biomédicaux, au lieu de toutes la batterie est six ou sept ans sur Après remplacement chirurgical.
Les scientifiques développent également des capteurs d'énergie piézoélectriques portables qui peuvent être portés sur les genoux ou les coudes, ou placés dans des chaussures, des pantalons ou des sous-vêtements, ce qui permet à une personne de marcher ou de se pencher. Les produits électroniques génèrent de l'électricité.
Lors de la conception d'un élément piézoélectrique, il ne nécessite pas le meilleur matériau pour la production d'électricité, ce qui peut sembler contre-intuitif: les matériaux utilisés par les scientifiques peuvent avoir une efficacité de conversion inférieure ou égale à 2%. Matériel pour l'énergie électrique Si elle est convertie plus, «il peut être réalisé en mettant plus de charge sur le corps, mais l'utilisateur ne veut certainement pas se sentir fatigué en conséquence», a déclaré Dagwren.
Une autre méthode de récupération d'énergie utilise des matériaux de conversion thermoélectriques pour convertir la chaleur corporelle en énergie électrique: «Votre cœur bat plus de 40 millions de fois par an», explique Dagveron, qui convertit toute cette énergie en chaleur corporelle et la dissipe. Et c'est précisément une ressource potentielle qui peut être capturée.
La production d'énergie thermique humaine est confrontée à des problèmes majeurs.Ce type de conversion d'énergie dépend souvent des différences de température.Toutefois, la température du corps humain reste souvent assez constante.Par conséquent, la différence de température dans le corps humain n'est pas suffisante pour générer de grandes quantités d'électricité. Le dispositif peut résoudre le problème s'il est exposé à un environnement externe relativement frais tout en recueillant la température du corps.
Les scientifiques étudient les moyens de dispositif portable de puissance thermique, par exemple. En principe, la chaleur produite par le corps peut produire suffisamment d'électricité pour alimenter la montre, pour alimenter dispositif de surveillance de la santé sans fil, l'aide auditive artificielle et le traitement de la maladie de Parkinson stimulateur du cortex cérébral .
En outre, les scientifiques tentent également d'alimenter le dispositif grâce à l'effet électrostatique commun: lorsque deux matériaux différents entrent en collision ou se frottent l'un contre l'autre, la surface d'un matériau peut capturer des électrons de la surface d'un autre matériau. C'est ce qu'on appelle l'électrification par friction, un avantage clé de l'électrification par frottement: presque tous les matériaux, y compris les matériaux naturels et synthétiques, peuvent générer de l'électricité statique, ce qui offre aux chercheurs de nombreuses possibilités de conception de gadgets.
Je me suis levé à l'étude triboélectrique, plus excitant, il est probable que de plus en plus d'applications, «liées à co-auteur, expert Georgia Tech Nanotechnologie Wang Zhonglin (Zhong Lin Wang, translittération) a dit ' Je peux me voir engagé à l'étude au cours des 20 prochaines années ».
Différents matériaux produits par le frottement de l'énergie électrique sont très différents, de sorte que les scientifiques tentent une variété de matériaux. Les chercheurs ont produit un bloc micro-ville similaire de la grille de cubes, semblable à la forêt de bambous de nanofils, ainsi que similaires Giza type de tableau pyramide pyramide. Wang, non seulement ces matériaux « beau regard », et couvrant la surface avec une matrice de pyramide peut être plat par rapport à la quantité de production d'énergie augmente quintuples.
Les chercheurs ont mené chez des rats, des lapins et des porcs expériences liées, ils ont testé un stimulateur cardiaque, moniteurs cardiaques et d'autres dispositifs implantables accélérer la distribution de l'énergie électrique de la respiration et le rythme cardiaque si « on peut aussi utiliser la friction de l'étude l'électricité pour stimuler la croissance et d'accélérer la cicatrisation des plaies cellules, dit Wang, "en plus, nous avons commencé des expériences de friction sur la stimulation nerveuse électrique, pour voir si nous pouvons apporter une contribution aux neurosciences.
Wang et ses collègues ont également conçu des dispositifs portables pouvant être portés par friction, par exemple, ils ont créé des tissus électriques à friction qui peuvent être utilisés pour recharger des bracelets flexibles équipés de batteries lithium-ion. La montre fournit l'énergie, qui transmet sans fil ses données au smartphone: «Chaque jour, l'énergie mécanique générée par le mouvement humain peut être convertie en électricité à travers notre tissu», a déclaré Wang.
Une autre stratégie repose sur un appareil appelé biocombustible qui génère de l'électricité par une réaction chimique entre une enzyme et des molécules de stockage d'énergie dans l'organisme (comme le glucose dans le sang) ou de l'acide lactique sécrété par la sueur. La cellulose-glycogène déshydrogénase extraite des champignons peut décomposer le glucose et produire du courant dans des tubes de carbone nanométrique (milliardièmes de mètre).
Par exemple, bien que de nombreux scientifiques aient découvert dans des recherches que la glucose oxydase peut produire de l'électricité dans des cellules de biocarburant implantées chez des souris expérimentales, cette enzyme produit également du peroxyde d'hydrogène Les ingrédients de blanchiment), qui peuvent détériorer la performance de l'équipement et causer des dommages à l'organisme.
Dans une autre étude, les micrographies électroniques à balayage montrent que les nanotubes de carbone utilisés dans les biocarburants expérimentaux peuvent produire de l'électricité à partir du corps, ces derniers étant enrobés d'enzymes capables de manipuler des molécules énergétiques naturelles comme l'acide lactique dans la sueur. Le sel ou le glucose dans le sang réagit.Cet outil est électriquement actif et fournit une grande surface pour la réaction des enzymes et de l'énergie, permettant de produire plus d'électricité dans un volume donné.
Des scientifiques français ont également créé une cellule de biocarburant à base de nanotubes de carbone enrobés d'enzymes, dont le volume est d'environ une demi-cuillère à café.En présence de souris, elle peut produire suffisamment d'électricité en réagissant au glucose sanguin pour alimenter les LED ou les thermomètres numériques. Des expériences ont également montré que les cellules de biocombustible en tissu tressées dans les bandeaux et les bracelets peuvent générer suffisamment d'électricité grâce à la réaction chimique de l'acide lactique et des enzymes dans la sueur du lait pour alimenter la montre.
Selon Dagvelen, ces appareils ne sont pas disponibles actuellement, mais elle prédit que cette technologie sera commercialisée en moins d'une décennie.A l'avenir, les appareils de récupération d'énergie peuvent devenir plus adaptés au corps humain. Et ses collègues travaillent même sur des gadgets biodégradables.
« Imagine », dit-elle, « mettre un appareil dans votre corps, et il travaille pendant un certain temps se dégrader en molécules dissoutes dans un fluide corporel, vous ne devez pas ouvrir le coffre peut être prise: On peut utiliser un produit biodégradable la matière, par exemple, le fil peut être décomposé dans le temps, et l'oxyde de zinc.
