वैज्ञानिकों वर्तमान में मानव शरीर या की तरह यांत्रिक ऊर्जा, तापीय ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में है, जिससे पहनने योग्य या प्रत्यारोपण डिवाइस के लिए बिजली की आपूर्ति प्रदर्शन में विभिन्न तरीकों पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, तापीय ऊर्जा रूपांतरण, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव और रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा अध्ययन किया जा रहा है। "मैं में मैं जीना शरीर गाना ", कवि वॉल्ट व्हिटमैन प्यार से 'एक्शन और शक्ति' के 'सुंदर, अजीब, श्वास, हँस मांसपेशियों' के बारे में (मैं शरीर इलेक्ट्रिक गाना)।
150 वर्षों के बाद, एमआईटी सामग्री वैज्ञानिक और इंजीनियर जैक्स कनान-डेग (कैनन Dağdeviren) और उनके सहयोगियों व्हिटमैन की काव्यात्मक अध्ययन करने के लिए एक नया अर्थ दिया जाता है। वे एक पर काम कर रहे लोगों पर भरोसा कर सकते दिल की धड़कन डिवाइस बिजली उत्पन्न करने के।
आज के इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की क्षमताओं इतनी शक्तिशाली हैं कि स्मार्टफोन की कंप्यूटिंग पावर नासा के मानव उपकरणों के प्रसंस्करण क्षमताओं से कहीं अधिक है जब पहली अंतरिक्ष यात्री को 1 9 6 9 में चंद्रमा भेजा गया था। , प्रौद्योगिकी का तेज़ विकास लोगों को अधिक से अधिक पहनने योग्य उपकरणों या प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों की अपेक्षा करता है।
अधिकांश पहनने योग्य उपकरणों और प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों का मुख्य दोष अभी भी बैटरी जीवन है। सीमित बैटरी क्षमता डिवाइस के दीर्घकालिक उपयोग को सीमित करती है। जब पेसमेकर की शक्ति समाप्त हो जाती है, तो आपको रोगी के लिए क्या करना है। सर्जरी बैटरी को बदलने की। इस समस्या का समाधान है कि मूल रूप से मानव शरीर हो सकता है, क्योंकि मानव शरीर रासायनिक ऊर्जा, तापीय ऊर्जा और यांत्रिक ऊर्जा में शामिल कर रहे हैं प्रचुर मात्रा में। इस उपकरण वैज्ञानिकों कैसे मानव शरीर से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए बार-बार पढ़ाई थे अनुमति देता है।
उदाहरण के लिए, श्वास लेने के दौरान एक व्यक्ति का आंदोलन 0.83 वाट ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है; शांत स्थिति में शरीर की गर्मी लगभग 4.8 वाट होती है; एक व्यक्ति की भुजा 60 वाट तक ऊर्जा का उपयोग कर सकती है। और एक पेसमेकर को केवल जरूरत होती है ऊर्जा की एक वाट का पांच लाखवां हिस्सा सात साल तक टिक सकता है। श्रवण सहायता पांच दिनों तक चल सकती है, जिसमें केवल एक हज़ारवां वाट होता है, और ऊर्जा की एक वाट स्मार्टफोन को पांच घंटे काम करने की अनुमति देती है।
अब डैगवेलन और सहयोगी इस बात का अध्ययन कर रहे हैं कि डिवाइस के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में शरीर का उपयोग कैसे करें। शोधकर्ताओं ने जानवरों और मनुष्यों पर इस पहनने योग्य डिवाइस या प्रत्यारोपण योग्य उपकरण का परीक्षण करना शुरू कर दिया है।
ऊर्जा कटाई की रणनीतियों में से एक में कंपन को कंपन, दबाव, और अन्य यांत्रिक तनावों से विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना शामिल है। यह विधि तथाकथित piezoelectricity उत्पन्न करती है, जो आमतौर पर स्पीकर और माइक्रोफ़ोन में उपयोग की जाती है।
आमतौर पर उपयोग की जाने वाली पाइज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री लीड ज़िकोनेट टाइटेनैट होती है, लेकिन इसकी उच्च लीड सामग्री चिंता का कारण बनती है क्योंकि यह मानव शरीर के लिए बहुत जहरीली है। डैग्रेन ने कहा, 'लेकिन यदि आप संरचना से लीड को विघटित करना चाहते हैं , इसे 700 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म करने की जरूरत है। 'डेगवरन ने कहा,' आप मानव शरीर में इस तापमान तक कभी नहीं पहुंच सकते हैं। '
आदेश पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करने के लिए, डेग जाक और उनके सहयोगियों जैसे हृदय, फेफड़े और डायाफ्राम, आदि के रूप में विकसित अंगों और मांसपेशियों फ्लैट साधन संलग्न किया जा सकता है, इन उपकरणों क्योंकि उनके यांत्रिक गुणों का, "अदृश्य मशीन 'कर रहे हैं और वे कर रहे हैं यह पर्यावरण के लिए इसी तरह की है, तो यह गति में इन ऊतकों की सामान्य ऑपरेशन के साथ हस्तक्षेप नहीं करता है।
अब तक, इन उपकरणों का परीक्षण डेयरी गाय, भेड़ और सूअरों पर किया गया है क्योंकि इन जानवरों का दिल का आकार मानव हृदय के आकार के समान ही होता है। 'जब ये उपकरण यांत्रिक रूप से विकृत होते हैं, तो वे सकारात्मक और नकारात्मक शुल्क उत्पन्न करते हैं, वोल्टेज और वर्तमान, जिसे बैटरी चार्ज करने के लिए ऊर्जा एकत्र करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, "डैगवेरेन बताते हैं," आप इन छह या सात वर्षों में बैटरी को समाप्त करने के बजाय पेसमेकर जैसे जैव चिकित्सा उपकरणों को चलाने के लिए उपयोग कर सकते हैं। सर्जिकल प्रतिस्थापन के बाद। '
वैज्ञानिकों ने भी पहनने योग्य पीजोइलेक्ट्रिक ऊर्जा हार्वेस्टर विकसित कर रहे हैं, ऊर्जा कलेक्टर घुटने या कोहनी पर पहना जा सकता है, या एक जूता, पैंट या अंडरवियर में रखा। यह एक व्यक्ति में सक्षम बनाया है चलना या अधिक मोड़ इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद बिजली उत्पन्न करते हैं।
पीजोइलेक्ट्रिक तत्व के डिजाइन में, सामग्री सबसे अच्छा प्रभाव शक्ति की जरूरत नहीं है, यह काउंटर सहज लगता है। उदाहरण के लिए सामग्री वैज्ञानिकों 2% या रूपांतरण दक्षता के कम इस्तेमाल किया जा सकता, यांत्रिक ऊर्जा 5% रूपांतरण के बजाय चुना जा सकता है बिजली सामग्री। यदि यह एक बहुत अधिक तब्दील, 'यह शरीर के लिए अधिक लोड लागू करने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन आप निश्चित रूप से बहुत थक गया महसूस करने के लिए नहीं करना चाहते,' डेग Velen कहा।
एक और दृष्टिकोण ऊर्जा कटाई ताप विद्युत रूपांतरण सामग्री का उपयोग करने के लिए 'नंबर कई बार अपने दिल को हर साल 40 मिलियन से अधिक बार, धड़कता है' डेग जैक्स ने बताया कि इन सभी ऊर्जा और शरीर गर्मी नष्ट में बदल दिया जाएगा बिजली में शरीर गर्मी कन्वर्ट करने के लिए है। - इस सटीकता से संभावित संसाधन है कि कब्जा किया जा सकता है।
मानव थर्मल विद्युत उत्पादन वास्तव में कुछ प्रमुख समस्याओं का सामना करना पड़ रहा है। यह ऊर्जा रूपांतरण विधि अक्सर तापमान अंतर पर निर्भर करता है, लेकिन शरीर के तापमान को अक्सर एक काफी स्थिर राज्य बनाए रखने, मानव शरीर के अंदर के बीच तापमान का अंतर, शक्ति का एक बहुत उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त नहीं है। हालांकि इन करता है, तो डिवाइस बाहरी वातावरण के संपर्क में किया जा सकता है अपेक्षाकृत शांत है, तो एक ही समय में एकत्र शरीर का तापमान, यह समस्या का समाधान संभव है।
वैज्ञानिकों उदाहरण के लिए, ताप विद्युत पहनने योग्य डिवाइस के लिए साधन की खोज कर रहे हैं। सिद्धांत रूप में, गर्मी शरीर द्वारा उत्पादित घड़ी शक्ति, वायरलेस स्वास्थ्य की निगरानी उपकरण के लिए शक्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त बिजली का उत्पादन कर सकते हैं, कृत्रिम श्रवण यंत्र और पार्किंसंस रोग सेरेब्रल कॉर्टेक्स उत्तेजक के उपचार ।
इसके अलावा, वैज्ञानिक भी सामान्य इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव के माध्यम से डिवाइस को सशक्त करने का प्रयास करते हैं। जब दो अलग-अलग सामग्रियां बार-बार टक्कर या एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती हैं, तो एक सामग्री की सतह इलेक्ट्रिक चार्ज जमा करने, अन्य सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों को पकड़ सकती है। इसे घर्षण विद्युतीकरण कहा जाता है। घर्षण विद्युतीकरण का एक प्रमुख लाभ यह है कि प्राकृतिक सामग्री और सिंथेटिक सामग्री समेत लगभग सभी सामग्री स्थिर बिजली उत्पन्न कर सकती हैं, जो शोधकर्ताओं को विभिन्न गैजेट डिजाइन करने के लिए कई संभावनाएं प्रदान करती है।
संबंधित सह लेखक 'मैं triboelectric अध्ययन करने के लिए उठ गया, और अधिक रोमांचक, यह संभावना अधिक से अधिक आवेदन, है', जॉर्जिया टेक नैनो विशेषज्ञ वांग Zhonglin (झोंग लिन वांग, लिप्यंतरण) ने कहा कि ' मैं अपने आप को अगले 20 सालों में अध्ययन करने के लिए प्रतिबद्ध देख सकते हैं। '
विभिन्न सामग्रियों बिजली से घर्षण द्वारा उत्पादित, बहुत अलग हैं। इसलिए वैज्ञानिकों सामग्री की एक किस्म की कोशिश कर रहे शोधकर्ताओं, nanowires के बांस वन के समान क्यूब्स ग्रिड की एक ऐसी ही सूक्ष्म नगर ब्लॉक के साथ-साथ समान गीज़ा का उत्पादन पिरामिड पिरामिड सरणी। वांग की तरह, इन सामग्रियों को न केवल 'खूबसूरत दिखना', और एक पिरामिड सरणी के साथ सतह को कवर बिजली उत्पादन राशि बढ़ जाती है पांचगुना की तुलना में फ्लैट हो सकता है।
शोधकर्ताओं ने चूहों, खरगोशों में आयोजन किया है और सूअरों से संबंधित प्रयोगों, वे पेसमेकर, दिल पर नज़र रखता है और अन्य प्रत्यारोपण उपकरणों श्वसन से विद्युत ऊर्जा के वितरण में तेजी लाने और दिल की धड़कन है कि क्या 'हम भी अध्ययन से घर्षण उपयोग कर सकते हैं परीक्षण किया बिजली विकास को उत्तेजित और चिकित्सा कोशिकाएं घाव तेजी लाने के लिए, 'वांग ने कहा,' इसके अलावा, हम अगर हम तंत्रिका विज्ञान के लिए किसी भी योगदान कर सकता है देखने के लिए विद्युत तंत्रिका उत्तेजना पर घर्षण प्रयोगों, से शुरू कर दिया है। '
वांग और उनके सहयोगियों ने एक triboelectrification पहनने योग्य डिवाइस तैयार किया गया है। उदाहरण के लिए, वे बनाए गए एक triboelectric कपड़ा चार्ज कर सकते हैं एक लिथियम आयन बैटरी एक लचीला पट्टा कॉन्फ़िगर करें। यह ब्लूटूथ तकनीक पहनने योग्य दिल की दर के साथ एक गैजेट हो सकता है घड़ी बिजली प्रदान करती है, जो वायरलेस रूप से अपने डेटा को स्मार्टफोन पर प्रसारित करती है। 'हर दिन मानव गति द्वारा उत्पन्न यांत्रिक ऊर्जा को हमारे कपड़े के माध्यम से बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है,' वांग ने कहा।
एक और रणनीति एक जैव ईंधन सेल नामक डिवाइस पर निर्भर करती है जो शरीर में एंजाइम और ऊर्जा भंडारण अणुओं (जैसे रक्त में ग्लूकोज), या पसीने में गुप्त लैक्टिक एसिड के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करती है। उदाहरण के लिए, कवक से निकाले गए सेलूलोज़-ग्लाइकोजन डीहाइड्रोजनेज ग्लूकोज को विघटित कर सकते हैं और कार्बन ट्यूबों में नैनोमीटर (मीटर के अरबों) में वर्तमान उत्पादन कर सकते हैं।
एंजाइमों की पसंद मुश्किल हो सकती है। उदाहरण के लिए, हालांकि कई वैज्ञानिकों ने शोध में पाया है कि ग्लूकोज ऑक्सीडेस प्रयोगात्मक चूहों में प्रत्यारोपित जैव ईंधन कोशिकाओं में बिजली का उत्पादन कर सकता है, यह एंजाइम हाइड्रोजन पेरोक्साइड भी पैदा करता है (एक आम ब्लीचिंग अवयव), जो उपकरण के प्रदर्शन को खराब कर सकता है और शरीर को नुकसान पहुंचा सकता है।
एक अन्य अध्ययन में, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ से पता चलता है कि प्रयोगात्मक जैव ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किए जाने वाले कार्बन नैनोट्यूब शरीर से बिजली उत्पन्न कर सकते हैं। इन ट्यूबों को एंजाइमों के साथ लेपित किया जाता है जो प्राकृतिक ऊर्जा अणुओं जैसे पसीने में लैक्टिक एसिड को संसाधित कर सकते हैं। रक्त में नमक या ग्लूकोज प्रतिक्रिया करता है। यह उपकरण विद्युत रूप से सक्रिय है और एंजाइमों और ऊर्जा की प्रतिक्रिया के लिए एक बड़ा सतह क्षेत्र प्रदान करता है, जिससे किसी भी मात्रा में अधिक बिजली का उत्पादन किया जा सकता है।
फ्रांसीसी वैज्ञानिकों ने एंजाइम-लेपित कार्बन नैनोट्यूब के आधार पर एक जैव ईंधन सेल भी बनाया है। मात्रा केवल आधा चम्मच है। चूहे में प्रत्यारोपित होने पर, यह एल्यूडी या डिजिटल थर्मामीटरों को बिजली ग्लूकोज के साथ प्रतिक्रिया करके पर्याप्त बिजली उत्पन्न कर सकता है। प्रयोगों से यह भी पता चला है कि कपड़े बायोफ्यूएल कोशिकाएं हेडबैंड और कलाई बैंड में लगी हुई हैं, जिससे घड़ी को शक्ति प्रदान करने के लिए दूध पसीने में लैक्टिक एसिड और एंजाइमों की रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से पर्याप्त बिजली उत्पन्न हो सकती है।
डेगवेलन के अनुसार, ये डिवाइस वर्तमान में उपलब्ध नहीं हैं, लेकिन वह भविष्यवाणी करती है कि इस तकनीक का एक दशक से भी कम समय में विपणन किया जाएगा। भविष्य में, ऊर्जा कटाई उपकरण मानव शरीर के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है। और उसके सहयोगी बायोडिग्रेडेबल पावर गैजेट्स पर भी काम कर रहे हैं।
उसने कहा, 'कल्पना कीजिए,' अपने शरीर में एक उपकरण डालें, और कुछ समय के लिए काम करने के बाद यह शरीर के तरल पदार्थ में गिरावट और घुल जाती है। आप अपनी छाती खोलने के बिना इसे हटा सकते हैं: हम बायोडिग्रेडेबल का उपयोग कर सकते हैं रेशम और जिंक ऑक्साइड जैसी सामग्री, जो समय के साथ टूट सकती हैं।
