ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังค้นคว้าวิธีการแปลงพลังงานทางกลพลังงานความร้อนและสารเคมีในร่างกายมนุษย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยวิธีการต่างๆเช่นผลกระทบของ piezoelectric การแปลงพลังงานความร้อนผลกระทบไฟฟ้าสถิตและปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งจะช่วยให้สามารถใช้งานอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้หรือสอดใส่ได้ บทกวีวอลเตอร์วิทแมนอธิบายถึงการกระทำและพลังของ "ความสวยงามแปลก ๆ การหายใจกล้ามเนื้อหัวเราะ"
นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุและวิศวกรของ MIT, Canan Dagdeviren และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังใช้การวิจัยเพื่อให้บทกวีของ Whitman มีความหมายใหม่พวกเขากำลังเรียนรู้วิธีที่จะพึ่งพาผู้คน อุปกรณ์ที่สร้างกระแสไฟฟ้าโดยการเต้นหัวใจ
ตอนนี้การทำงานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้อำนาจการใช้คอมพิวเตอร์โทรศัพท์สมาร์ทไกลเกินกว่า 1969 จะเป็นนักบินอวกาศคนแรกที่พลังการประมวลผลดวงจันทร์ของนาซาอุปกรณ์บรรจุที่เกี่ยวข้อง. เมื่อเวลาผ่านไป การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีทำให้มันมากขึ้นและมากขึ้นสำหรับอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้คาดหวังหรืออุปกรณ์ implantable
ข้อเสียเปรียบหลักของอุปกรณ์สวมใส่ได้มากที่สุดและอุปกรณ์ฝังตัวยังคงเป็นอายุการใช้งานแบตเตอรี่ความจุแบตเตอรี่ที่ จำกัด จะ จำกัด การใช้งานอุปกรณ์ในระยะยาวเมื่อพลังของเครื่องกระตุ้นหัวใจเป็นสิ่งที่คุณต้องทำคือสำหรับผู้ป่วย การเปลี่ยนแบตเตอรี่ด้วยการผ่าตัดการแก้ปัญหาพื้นฐานของปัญหานี้อาจอยู่ในร่างกายมนุษย์เนื่องจากร่างกายมีสารเคมีความร้อนและพลังงานกลมากมายทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาวิธีการที่อุปกรณ์ได้รับพลังงานจากร่างกายมนุษย์ซ้ำ ๆ
ยกตัวอย่างเช่นกีฬาคนสามารถทำเมื่อหายใจผลิต 0.83 วัตต์ของพลังงานความร้อนในร่างกายอยู่ในสภาพที่สงบประมาณ 4.8 วัตต์; ถึง 60 วัตต์ของพลังงานเมื่อมีการเคลื่อนไหวของแขนมนุษย์และเพียงต้องการเครื่องกระตุ้นหัวใจ ส่วนต่อล้านวัตต์ของพลังงานสามารถทำงานต่อไปเป็นเวลาเจ็ดปีเครื่องช่วยฟังต้องมีเพียงหนึ่งในพันวัตต์เพื่อให้ทำงานเป็นเวลาห้าวันในขณะวัตต์ของพลังงานอนุญาตมาร์ทโฟนในการทำงานห้าชั่วโมง
ตอนนี้เคนนีฌาคส์และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังศึกษาวิธีการใช้ร่างกายมนุษย์เป็นแหล่งที่มาของอุปกรณ์พลังงาน. นักวิจัยได้เริ่มทดสอบในมนุษย์และสัตว์อุปกรณ์ที่สวมใส่หรืออุปกรณ์ implantable
หนึ่งในกลยุทธ์การเก็บเกี่ยวพลังงานเกี่ยวข้องกับการแปลงพลังงานจากการสั่นสะเทือนแรงกดดันและแรงกดดันทางกลอื่น ๆ เป็นพลังงานไฟฟ้าวิธีการนี้จะผลิต piezoelectricity ที่เรียกว่าใช้กันทั่วไปในลำโพงและไมโครโฟน
วัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ piezoelectric lead zirconate titanate แต่ปริมาณตะกั่วสูงทำให้เกิดความกังวลเนื่องจากเป็นพิษต่อร่างกายมนุษย์มากเกินไป Dagwren กล่าวว่า 'แต่ถ้าคุณต้องการที่จะสลายตัวตะกั่วจากโครงสร้าง ต้องอุ่นให้สูงกว่า 700 องศาเซลเซียส "Dagveron กล่าวว่า" คุณไม่สามารถเข้าถึงอุณหภูมินี้ในร่างกายมนุษย์ได้ "
เพื่อที่จะใช้ประโยชน์จากผล piezoelectric, Dag ฌาคส์และเพื่อนร่วมงานของเธอได้รับการพัฒนาอวัยวะและกล้ามเนื้อหมายแบนอาจจะติดเช่นหัวใจปอดและไดอะแฟรม ฯลฯ อุปกรณ์เหล่านี้มี "มองไม่เห็นเครื่อง' เพราะคุณสมบัติทางกลของพวกเขาและพวกเขาจะ มันคล้ายกับสภาพแวดล้อมจึงไม่ยุ่งเกี่ยวกับการทำงานปกติของเนื้อเยื่อเหล่านี้ในการเคลื่อนไหว
จนถึงขณะนี้อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการทดสอบเกี่ยวกับโคนมแกะและสุกรเนื่องจากขนาดของหัวใจของสัตว์เหล่านี้มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดของหัวใจมนุษย์เมื่ออุปกรณ์เหล่านี้บิดเบี้ยวด้วยกลไกทำให้เกิดประจุบวกและลบแรงดันไฟฟ้า และปัจจุบันซึ่งสามารถใช้ในการรวบรวมพลังงานเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ได้ "Dagveren อธิบาย" คุณสามารถใช้อุปกรณ์เหล่านี้เพื่อใช้อุปกรณ์ทางการแพทย์เช่นเครื่องกระตุ้นหัวใจแทนการใช้แบตเตอรี่หมดทุกๆหกหรือเจ็ดปี หลังจากผ่าตัดเปลี่ยน
นักวิทยาศาสตร์ยังมีการพัฒนาที่สวมใส่เครื่องเกี่ยวนวดและพลังงาน piezoelectric เก็บพลังงานที่สามารถสวมใส่บนหัวเข่าหรือข้อศอกหรือวางไว้ในรองเท้ากางเกงหรือชุดชั้นใน. นี้ได้เปิดใช้งานคนที่จะเดินหรือโค้งกว่า ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์การผลิตกระแสไฟฟ้า
ในการออกแบบขององค์ประกอบ piezoelectric วัสดุไม่จำเป็นในการใช้พลังงานผลดีที่สุดก็ดูเหมือนว่าเคาน์เตอร์. ตัวอย่างเช่นวัสดุที่อาจจะต้องใช้นักวิทยาศาสตร์ 2% หรือน้อยกว่าของประสิทธิภาพการแปลงที่สามารถเลือกแทนพลังงานกลการแปลง 5% วัสดุไฟฟ้า. ถ้ามันเปลี่ยนมากขึ้นมันอาจจะทำได้โดยการใช้โหลดมากขึ้นในร่างกาย แต่คุณอย่างแน่นอนไม่ต้องการที่จะรู้สึกเหนื่อย 'Dag Velen กล่าวว่า
อีกวิธีหนึ่งคือการใช้วัสดุการแปลงเทอร์โมการเก็บเกี่ยวพลังงานการแปลงความร้อนในร่างกายเป็นไฟฟ้า 'จำนวนครั้งที่หัวใจของคุณเต้นในแต่ละปีมากกว่า 40 ล้านครั้ง' Dag ฌาคส์ชี้ให้เห็นว่าสิ่งเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานและความร้อนในร่างกายเพื่อขจัด. - นี่เป็นทรัพยากรที่มีศักยภาพซึ่งสามารถจับภาพได้
มนุษย์ยุคพลังงานความร้อนย่อมเผชิญกับปัญหาที่สำคัญบางอย่าง. วิธีการแปลงพลังงานนี้มักจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิ แต่อุณหภูมิของร่างกายที่มักจะรักษาสภาพค่อนข้างคงที่ที่แตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในของร่างกายมนุษย์ที่ไม่เพียงพอในการสร้างพลังงานมาก. แต่ถ้าเหล่านี้ อุปกรณ์สามารถแก้ปัญหาได้หากสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกที่ค่อนข้างเย็นขณะเก็บอุณหภูมิของร่างกาย
นักวิทยาศาสตร์กำลังสำรวจอุปกรณ์สร้างพลังงานความร้อนสำหรับอุปกรณ์ที่สามารถใส่ได้เช่นนาฬิกาไฟฟ้าในหลักการความร้อนที่สร้างขึ้นโดยร่างกายสามารถสร้างพลังงานเพียงพอที่จะให้พลังงานสำหรับจอภาพไร้สายเพื่อสุขภาพเครื่องช่วยฟังเทียมและเครื่องกระตุ้นสมองส่วนนอกสำหรับโรคพาร์คินสัน .
นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังพยายามที่จะเพิ่มกำลังให้กับอุปกรณ์ผ่านทางผลกระทบไฟฟ้าสถิตทั่วไปเมื่อวัสดุที่แตกต่างกันสองซ้ำ ๆ ชนกันหรือถูกับแต่ละอื่น ๆ พื้นผิวของวัสดุหนึ่งสามารถจับภาพอิเล็กตรอนจากพื้นผิวของวัสดุอื่นที่สะสมประจุไฟฟ้า เรียกว่าแรงเสียดทาน electrification ข้อดีที่สำคัญของแรงเสียดทาน electrification คือเกือบทุกวัสดุรวมทั้งวัสดุธรรมชาติและวัสดุสังเคราะห์สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าสถิตซึ่งให้นักวิจัยมีความเป็นไปได้มากสำหรับการออกแบบ gadgets ต่าง ๆ
"Nhiềunghiêncứuvềđiệnđộng ma sát, điềuthúvịhơnvàứngdụngcủanócóthểngàycàngtănglên", đồngtácgiảcủabàibáoliên quan, nhànghiêncứu nanotechnology Zhong Lin Wang thuộcViệnCôngnghệ Georgia (Zhong Lin Wang) ฉันสามารถมองเห็นตัวเองทำงานวิจัยนี้ต่อไปอีก 20 ปีข้างหน้า '
มีความแตกต่างกันมากในปริมาณไฟฟ้าที่เกิดจากการเสียดสีของวัสดุที่แตกต่างกันดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามหาวัสดุต่างๆนักวิจัยได้ผลิตลูกบาศก์ลูกบาศก์คล้ายกับบล็อกในเมืองเล็ก ๆ ที่มีขนาดเล็กคล้ายกับสายพันธุ์นาโนของป่าไผ่และคล้ายกับกิซ่า อาร์เรย์ของพีระมิดของพีระมิดวังกล่าวว่าวัสดุเหล่านี้ไม่เพียง แต่ดูสวย แต่ยังครอบคลุมพื้นผิวด้วยอาร์เรย์พีระมิดที่สามารถเพิ่มการผลิตพลังงานได้ถึงห้าเท่าเมื่อเทียบกับแผ่นแบน
นักวิจัยได้ทำการทดลองกับหนูกระต่ายและสุกรพวกเขาได้ทดสอบเครื่องกระตุ้นหัวใจจอภาพและอุปกรณ์ฝังตัวอื่น ๆ ที่ให้พลังงานผ่านการหายใจและการเต้นของหัวใจ "เรากำลังตรวจสอบว่าสามารถใช้แรงเสียดทานได้หรือไม่ การไฟฟ้าช่วยกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์และช่วยเร่งการรักษาบาดแผล "วังกล่าว" นอกจากนี้เรายังได้เริ่มทดลองการกระตุ้นด้วยการกระตุ้นด้วยแรงเสียดทานเพื่อกระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นประสาทเพื่อดูว่าเราสามารถมีส่วนร่วมในด้านประสาทวิทยาได้หรือไม่ "
Wang และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ออกแบบอุปกรณ์สวมใส่ที่เสียดสีด้วยเช่นกันพวกเขาสร้างผ้าไฟฟ้าแรงเสียดทานที่สามารถใช้กับสายรัดข้อมือแบบยืดหยุ่นที่ติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ Gadget นี้สามารถใช้อัตราการเต้นของหัวใจที่สวมใส่ได้โดยใช้เทคโนโลยีบลูทู ธ นาฬิกาให้พลังงานซึ่งจะส่งข้อมูลไปยังสมาร์ทโฟนแบบไร้สาย "ทุกวันพลังงานกลที่สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนไหวของมนุษย์สามารถเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้าผ่านผ้าของเราได้" วังกล่าว
กลยุทธ์อื่น ๆ อาศัยอุปกรณ์ที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพที่สร้างกระแสไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างเอนไซม์และโมเลกุลของการเก็บพลังงานในร่างกาย (เช่นกลูโคสในเลือด) หรือกรดแลคติกที่หลั่งออกมาในเหงื่อตัวอย่างเช่น: เซลลูโลส - ไกลโคเจนดีไฮโดรจีเนสที่สกัดจากเชื้อราสามารถย่อยสลายกลูโคสและผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในหลอดคาร์บอนนาโนเมตร (พันล้านเมตรต่อวินาที)
ตัวอย่างเช่นแม้ว่านักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ค้นพบว่า glucose oxidase สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพที่ปลูกในหนูทดลองได้ แต่เอนไซม์นี้ยังผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ส่วนผสมในการฟอกขาว) ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อสมรรถนะของอุปกรณ์และเป็นอันตรายต่อร่างกาย
ในการศึกษาอื่นการสแกนอิเล็กตรอน micrographs แสดงให้เห็นว่าท่อนาโนคาร์บอนที่ใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพทดลองสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าจากร่างกายหลอดเหล่านี้เคลือบด้วยเอนไซม์ที่สามารถประมวลผลโมเลกุลของพลังงานธรรมชาติเช่นกรดแลคติกในเหงื่อ เกลือหรือกลูโคสในเลือดทำปฏิกิริยาเครื่องมือนี้มีการใช้งานทางไฟฟ้าและมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่สำหรับการตอบสนองของเอนไซม์และพลังงานทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นในปริมาณที่กำหนด
นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสยังได้สร้างเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพขึ้นจาก nanotubes คาร์บอนที่เคลือบด้วยเอนไซม์ปริมาณเพียงประมาณครึ่งช้อนชาเมื่อฝังไว้ในหนูก็สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอโดยการทำปฏิกิริยากับระดับน้ำตาลในเลือดกับหลอด LED หรือเครื่องวัดอุณหภูมิแบบดิจิตอล การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพของผ้าที่ถักเป็น headbands และสายรัดข้อมือสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้มากพอสมควรผ่านปฏิกิริยาทางเคมีของกรดแลคติกและเอนไซม์ในเหงื่อนมเพื่อให้พลังงานแก่นาฬิกา
อุปกรณ์ดังกล่าวยังไม่สามารถใช้งานได้ แต่เธอคาดการณ์ว่าเทคโนโลยีนี้จะวางตลาดภายในเวลาไม่ถึงสิบปีในอนาคตอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานอาจเหมาะสำหรับร่างกายมนุษย์มากขึ้น และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังทำงานเกี่ยวกับแกดเจ็ตพลังงานที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
'Imagine' เธอบอกว่า 'ใส่อุปกรณ์เข้าไปในร่างกายของคุณและเป็นที่ทำงานบางครั้งจะลดเป็นโมเลกุลที่ละลายในของเหลวในร่างกายคุณไม่ต้องเปิดหน้าอกสามารถนำมา: เราสามารถใช้ย่อยสลายได้ วัสดุเช่นไหมและสังกะสีออกไซด์ที่สามารถทำลายลงเมื่อเวลาผ่านไป
