과학자들은 현재 인체하여 착용 또는 이식 장치로 전력 공급을 수행하는 전기 에너지로 같은 기계적 에너지, 열에너지, 화학 에너지에서 다양한 방법, 압전 효과, 열 에너지 변환, 정전 작용 및 화학 작용에 의해 연구되고있다.은 "I에서 시인 월터 휘트먼 (Walter Whitman)은 신체 전기 (I Electric the Body Electric)에서 '아름답고 특이하고 호흡하며 웃고있는 근육'의 '행동과 힘'을 친절하게 묘사했습니다.
150년 후, MIT 재료 과학자와 엔지니어 자크 가나안-다그 (Canan Dagdeviren)와 그녀의 동료는 휘트먼의 시적 연구에 새로운 의미를 부여됩니다. 그들은이 작업 명에 의존 할 수 심장 박동으로 전기를 생성하는 장치.
지금 전자 제품의 기능이 스마트 폰 컴퓨팅 능력이 훨씬 1969 달 처리 능력 NASA 유인 관련 장비 제 비행사 것 초과 정도로 강력하다. 시간이 지남에 따라 , 기술의 급속한 발전으로 사람들은 점점 더 착용 할 수있는 장치 또는 이식 가능한 장치를 기대하게되었습니다.
페이스 메이커의 전원이 실행되면 대부분의 주요 단점은 착용 할 수있는 장치와 수명이 제한된 배터리 용량이 장치의 장기 사용이 제한됩니다 여전히 배터리의 문제가 이식 된 장치가 될 수 있습니다., 당신은 환자입니다해야 수술은 배터리를 교체합니다.이 문제의 해결책이 근본적으로 인간의 몸이 될 수있다, 인간의 몸은 화학 에너지, 열 에너지를 기계적 에너지를 포함하고 있기 때문이다.이 장치는 과학자들이 어떻게 연구를 거듭했다 인간의 신체에서 에너지를 얻기 위해 풍부한 수 있습니다.
예를 들어, 호흡 중 사람의 움직임은 0.83 와트의 에너지를 생성 할 수 있으며 신체 상태는 약 4.8 와트이며 사람의 팔은 최대 60 와트의 에너지를 소모 할 수 있습니다. 5 백만 와트의 에너지가 7 년 동안 지속될 수 있으며, 보청기는 5 천만 와트로 5 일 동안 작동하고 에너지는 1 와트만으로 5 시간 동안 작동 할 수 있습니다.
현재 Dagvelen과 동료들은 몸 자체를 장치의 에너지 원으로 사용하는 방법을 연구하고 있으며, 연구원들은이 착용 식 장치 또는 이식 가능한 장치를 동물과 사람에게 테스트하기 시작했습니다.
에너지 수확 전략 중 하나는 에너지를 진동, 압력 및 기타 기계적 응력에서 전기 에너지로 변환하는 것입니다.이 방법은 스피커 및 마이크에 일반적으로 사용되는 소위 피에조 전기를 생성합니다.
일반적으로 사용되는 압전 재료는 티탄산 지르콘 산 납이지만, 인체에 너무 독성이 있기 때문에 납 성분이 많아 걱정이된다 .Dagwren은 '그러나 납을 구조에서 분해하려면 Dagveron은 '당신은 인체에서이 온도에 도달 할 수 없습니다.'라고 말했다.
피에조 효과를 이용하기 위해 Daegvelen과 동료들은 심장, 폐, 다이어프램과 같은 장기와 근육에 부착 될 수있는 평평한 장치를 개발했습니다.이 장치는 기계적 특성으로 인해 '기계적으로 보이지 않습니다' 환경도 비슷하기 때문에 운동 중 정상적인 활동을 방해하지 않습니다.
지금까지이 장치들은 낙타 젖소, 양, 돼지에 대해 테스트를 마쳤습니다. 왜냐하면이 동물들의 심장 크기는 인간의 심장 크기와 거의 같기 때문입니다. '이 장치들이 기계적으로 왜곡 될 때 이들은 양과 음의 전하, 전압 Dagveren은 "배터리를 충전하기 위해 에너지를 수집하는 데 사용할 수있는 전류는 6 ~ 7 년마다 배터리를 소모하는 대신 맥박 조정기와 같은 생물 의학 장치를 실행하는 데 사용할 수 있습니다. 외과 수술 후. '
또한 과학자들은 무릎이나 팔꿈치에 착용하거나 신발, 바지 또는 속옷에 착용 할 수있는 착용 할 수있는 압전 에너지 수확기를 개발하고 있습니다.이 방법으로 사람은 걷거나 구부릴 수 있습니다 전자 제품이 전기를 생성합니다.
압전 소자를 설계 할 때 전력 생산에 가장 적합한 재료는 필요하지 않습니다. 예를 들어 과학자가 사용하는 재료는 기계 에너지의 5 % 전환을 선택하는 대신 변환 효율이 2 % 이하일 수 있습니다. 전기 에너지를위한 소재. 더 많이 변환되면 몸에 더 많은 부하를 가하면 달성 될 수 있지만, 사용자는 결과적으로 피곤함을 느끼기를 원하지 않는다고 Dagwren은 말했다.
또 다른 에너지 수확 방법은 열전 변환 물질을 사용하여 체열을 전기로 전환시키는 것입니다. '네 심장은 일 년에 4 천만 번 이상 뛰는 데,이 에너지는 모두 몸의 열로 변환되어 소산된다. 그리고 이것은 정확하게 포착 될 수있는 잠재적 인 자원입니다.
인간의 화력 발전은 몇 가지 큰 문제에 직면 해 있습니다. 이러한 에너지 변환은 종종 온도차에 달려 있지만 체온은 상당히 일정하게 유지되기 때문에 인체 내의 온도 차이로는 많은 양의 전기를 생성 할 수 없습니다. 그러나 이 장치는 신체 온도를 수집하는 동안 비교적 시원한 외부 환경에 노출되면 문제를 해결할 수 있습니다.
과학자들은 시계 작동과 같은 착용 식 장치의 화력 발전 장치를 연구하고 있으며 원칙적으로 인체는 무선 건강 모니터, 인공 보청기 및 파킨슨 병 대뇌 피질 자극기에 전력을 공급하기에 충분한 열을 발생시킵니다. .
또한 과학자들은 공통적 인 정전기 효과를 통해 장치에 전원을 공급하려고 시도합니다. 두 개의 서로 다른 재질이 반복적으로 충돌하거나 마찰되면 한 재질의 표면이 다른 재질의 표면에서 전자를 포집하여 전기를 축적 할 수 있습니다. 라는 마찰 대전 현상. 마찰 전기의 주요 장점 중 하나는 연구자 기기의 다양한 많은 가능성을 제공 설계를 생성 할 수 정전기를 포함한 천연 및 합성 물질을 포함한 거의 모든 재료입니다.
조지아 공대 (Zhong Lin Wang)의 나노 기술자 인 Zhong Lin Wang과 관련된 논문의 공동 저자는 "마찰 대전에 대한 연구가 많을수록 더 흥미 진진하고 그 적용은 점점 더 많아 질 것"이라고 말했다. 나는 앞으로 20 년간이 연구에 종사하는 자신을 볼 수있다. '
서로 다른 재료의 마찰 전하에 의해 발생되는 전기량에 큰 차이가 있기 때문에 과학자들은 다양한 재료를 시험하고있다. 연구자들은 기자와 마찬가지로 대나무 숲의 나노 와이어와 유사한 미세한 도시 블록과 유사한 큐빅 격자를 만들었다. 왕은 피라미드 배열을 통해 이러한 물질들은 '예쁘게 보일뿐만 아니라 평평한 판넬에 비해 발전량을 5 배 증가시킬 수있는 피라미드 어레이로 표면을 덮는다.
연구자들은 마우스, 토끼, 돼지에 대한 실험을 수행했으며 심박 조율기, 심장 모니터 및 호흡과 심장 박동을 통해 힘을 공급하는 이식 형 장치를 테스트했습니다. "또한 마찰을 사용할 수 있는지 여부도 조사하고 있습니다. 그는 전기가 세포 성장을 자극하고 상처 치유를 촉진한다고 덧붙였다. 또한 우리는 신경 자극에 대한 마찰 대전 실험을 시작하여 우리가 신경 과학에 기여할 수 있는지 확인했다.
Wang과 그의 동료들은 또한 마찰 착용 식 착용 장치를 설계했습니다. 예를 들어 마찰 전기 천을 사용하여 리튬 이온 배터리가 장착 된 유연한 손목 밴드를 충전 할 수 있습니다.이 장치는 Bluetooth 기술을 사용하여 착용 할 수있는 심박수 일 수 있습니다. 워치는 데이터를 무선으로 스마트 폰으로 전송하는 전원을 공급하며, '매일 인간의 움직임에 의해 발생하는 기계 에너지는 우리의 천을 통해 전기로 변환 될 수있다'고 왕은 말했다.
또 다른 전략은 체내의 효소와 에너지 저장 분자 (예 : 혈액 내의 포도당) 또는 땀에서 분비되는 젖산의 화학 반응을 통해 전기를 생성하는 바이오 연료 전지라는 장치에 의존합니다. 예를 들어, 곰팡이에서 추출한 셀룰로오스 - 글리코겐 탈수소 효소는 포도당을 분해하여 나노 미터 (10 억분의 1 미터) 탄소 튜브에서 전류를 생성 할 수 있습니다.
예를 들어, 많은 과학자들이 실험용 마우스에 이식 된 바이오 연료 세포에서 포도당 산화 효소가 전기를 생산할 수 있다는 사실을 발견했지만,이 효소는 과산화수소 (일반적인 하나의 효소)도 생산합니다 표백 성분), 이는 장비의 성능을 저하시키고 신체에 해를 입힐 수 있습니다.
다른 연구에서 주사 전자 현미경 사진은 실험적 바이오 연료 전지에 사용 된 탄소 나노 튜브가 신체에서 전기를 생성 할 수 있음을 보여 주며 땀에 젖산과 같은 자연 에너지 분자를 처리 할 수있는 효소가 코팅되어 있습니다. 혈액 내의 염분이나 포도당이 반응합니다.이 도구는 전기적으로 활성이 있으며 효소와 에너지 사이의 반응에 넓은 표면적을 제공하여 주어진 부피에서 더 많은 전력이 생성되도록합니다.
프랑스의 과학자들은 효소가 코팅 된 탄소 나노 튜브를 기반으로 한 바이오 연료 전지를 만들었으며 그 양은 찻 숱가락의 약 절반에 불과하며 생쥐에 이식 될 때 혈당과 반응하여 LED 나 디지털 온도계에 전력을 공급하여 충분한 전기를 생성 할 수 있습니다. 실험에서는 머리띠와 손목 밴드에 조립 된 섬유 바이오 연료 전지가 젖산의 화학 반응과 우유 땀의 효소를 통해 전기를 생성하여 시계에 전력을 공급할 수 있음을 보여주었습니다.
Dagvelen에 따르면 이러한 장치는 현재 사용할 수 없지만이 기술은 10 년 이내에 시장에 출시 될 것으로 예상되며 미래에는 에너지 수확 장치가 인체에 더 적합해질 수 있습니다. 그리고 그녀의 동료들은 생분해 성 가전 제품에 대해서도 연구하고 있습니다.
당신의 몸에 장치를 넣어 ', 그녀는 말한다'상상 ', 그것이 체액에 용해 된 분자로 저하됩니다 몇 시간 동안 작동하고, 당신은 가슴을 취할 수 있습니다 열 필요가 없습니다 : 우리는 생분해 성을 사용할 수 있습니다 시간이 지남에 따라 파괴 될 수있는 실크 및 산화 아연과 같은 재료.
