Les appareils portables, la sueur et l'électricité
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Et si vous pouviez utiliser le corps humain pour alimenter des appareils électroniques?
C'est exactement ce que font un groupe de scientifiques de l'Université de Californie à San Diego (UCSD).
AdvertisementAdvertisementDans un article publié dans la revue Energy & Environmental Science, les auteurs ont rapporté leur invention récente d'un patch cutané flexible qui génère de l'électricité à partir de la sueur humaine.
"C'est comme une batterie, mais la puissance est générée par un produit chimique appelé lactate", a déclaré à Healthline Amay Bandodkar, premier auteur du journal.
Maintenant stagiaire postdoctoral à la Northwestern University, Bandodkar a récemment terminé un doctorat en nanotechnologie à l'UCSD.
Publicité"Le lactate en sueur est essentiellement consommé par ce patch, qui génère de l'électricité qui peut être utilisée pour alimenter d'autres appareils médicaux", a-t-il déclaré.
Le patch présente une tension en circuit ouvert de 0,5 volt, et une densité de puissance de près de 1,2 milliwatts par centimètre carré.
AdvertisementAdvertisementCela représente la densité de puissance la plus élevée enregistrée à ce jour pour une cellule de biocarburant portable. En fait, il est presque 10 fois plus puissant que les appareils précédents.
Jusqu'à présent, les développeurs ont utilisé le patch pour alimenter une diode électroluminescente (LED) et une radio Bluetooth Low Energy (BLE).
À l'avenir, ils croient qu'il peut être utilisé pour alimenter des capteurs conçus pour surveiller la santé et la condition physique des utilisateurs.
"En ce moment, nous avons tous ces capteurs et systèmes portables qui nécessitent des batteries volumineuses. Et de nombreuses fois, le poids de la batterie est beaucoup plus élevé que le poids de l'appareil réel ", a expliqué Bandodkar. "Mais ce que vous avez avec ce patch est un système de récupération d'énergie sur le corps, qui peut générer de l'électricité à partir de votre corps et l'utiliser pour alimenter d'autres systèmes portables. "
En éliminant le besoin de batteries volumineuses, les cellules de biocombustibles portables peuvent aider les experts à développer des dispositifs médicaux plus petits et plus légers qui peuvent être portés sur le corps et alimentés par celui-ci.
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Suffisamment extensible pour la peau
Bien que plus de recherche est nécessaire, ce patch représente un développement important dans le domaine des cellules de biocombustibles portables.
En plus de présenter une densité de puissance élevée, il est suffisamment flexible pour s'adapter au corps humain.
Publicité"Pour faire un appareil portable, nous devons le rendre très flexible ou même extensible", a déclaré Yue Gu, co-auteur de l'article et étudiant en deuxième année de doctorat à l'UCSD.
Sinon, l'appareil se casserait sous la tension du mouvement.
PublicitéPublicitéPour créer un dispositif flexible, les chercheurs ont disposé des structures de nanotubes de carbone 3D rigides dans une configuration en «pont d'îlot» extensible.
Dans cette conception, les îlots solidement liés sont reliés par des ponts serpentins.
Lorsqu'ils sont soumis à un mouvement, les ponts se déroulent et se déforment.
PublicitéCela permet aux ponts de s'adapter aux contraintes, tout en limitant les contraintes sur les îles.
"Nous avons été capables d'incorporer beaucoup de matériaux de biocombustibles actifs dans ces structures de nanotubes de carbone 3D", explique Bandodkar. "Ensuite, nous avons été en mesure de mettre ces structures rigides au-dessus de ces îles isolées. Donc, même lorsque nous l'avons étiré, aucun de l'étirement n'a été expérimenté par ces structures. "
AdvertisementAdvertisement" C'est ainsi que nous avons pu maintenir la densité de puissance élevée, tout en conservant les propriétés d'extensibilité douce ", ajoute Bandodkar.
Cette approche innovante a permis aux chercheurs de créer une cellule biocombustible portable capable de générer une énergie stable pendant deux jours, malgré des étirements répétés.
Selon Gu, c'est le premier dispositif qui intègre une cellule de biocarburant dans la conception de l'îlot.
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La collaboration est la clé
Pour développer un appareil comme celui-ci, le travail d'équipe interdisciplinaire est essentiel.
Des membres de trois groupes de recherche différents de l'UCSD ont participé à ce projet, y compris des groupes dirigés par les co-auteurs Joseph Wang, PhD; Sheng Xu, PhD; et Patrick Mercier, PhD. <
"Le groupe du professeur Wang possède une expertise dans la fabrication des composants actifs de la cellule de biocarburant", a expliqué Bandodkar. «Le groupe du professeur Xu possède une expertise dans la réalisation de ces structures en îlots-ponts souples et extensibles. Et le groupe du professeur Mercier a de l'expérience dans l'électronique à basse énergie. "
Dans le passé, les chercheurs de ces groupes ont également travaillé sur d'autres technologies portables.
Par exemple, Bandodkar, Wang et ses collègues ont déjà développé des capteurs de type tatouage conçus pour surveiller les niveaux d'électrolytes et de glucose.
Ils veulent maintenant savoir si le patch de peau de biocarburant peut être utilisé pour alimenter de tels capteurs.
"Lorsque nous travaillions sur ce genre de choses, la batterie est toujours un problème", a déclaré Bandodkar. "Maintenant, ce que nous voulons faire est d'utiliser ces cellules de biocarburant pour alimenter les capteurs chimiques. C'est quelque chose que nous sommes en train d'explorer. "
Grâce à leur collaboration interdisciplinaire, les créateurs du patch de cellules de biocarburant contribuent à faire progresser le domaine des capteurs et des systèmes de santé portables.
