Utilizzando metalli a base liquida, i ricercatori hanno creato il primo dispositivo medico alimentato dal calore corporeo.
In un’epoca in cui la tecnologia è ovunque, siamo tutti troppo familiari con l’inconveniente di una batteria scarica. Ma per coloro che si affidano a un dispositivo medico indossabile per monitorare il glucosio, ridurre i tremori o persino tracciare la funzione cardiaca, trovare il tempo per una ricarica può rappresentare un grande rischio.
Per la prima volta, i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Carnegie Mellon University hanno dimostrato che un dispositivo medico può essere alimentato esclusivamente dal calore corporeo. Combinando un sensore di oximetria a impulsi con un generatore di energia termoelettrico flessibile, allungabile e indossabile, questo team ha introdotto un modo promettente per affrontare le preoccupazioni sulla durata delle batterie. Il loro generatore di energia è realizzato con metallo liquido, semiconduttori e gomma stampata in 3D.
Mason Zadan, uno degli autori della ricerca, ha dichiarato: “Questo è il primo passo verso elettronica indossabile senza batterie”. Questa ricerca è pubblicata nella rivista Advanced Functional Materials.
Il loro sistema, progettato per ottenere alte prestazioni meccaniche e termoelettriche con un’integrazione senza soluzione di continuità dei materiali, presenta sviluppi nei materiali morbidi, nel design dell’array TEG, nel design della scheda di circuito a bassa energia e nella gestione dell’energia a bordo.
Carmel Majidi, professore di ingegneria meccanica e direttore del Soft Machines Laboratory, spiega: “Rispetto alle nostre ricerche passate, questo design migliora la densità di potenza di circa 40 volte o 4000%. Il composito di epoxie a base di metallo liquido migliora la conducibilità termica tra il componente termoelettrico e il punto di contatto del dispositivo sul corpo”.
Per testare la sua produzione di tensione, il dispositivo è stato indossato sul petto e sul polso di un partecipante a riposo e in movimento.
Zadan ha detto: “Abbiamo visto una maggiore produzione di tensione mentre il dispositivo era sul polso del partecipante e mentre quella persona era in movimento. Man mano che il partecipante si muove, un lato del dispositivo si raffredda grazie all’aumento del flusso d’aria, mentre l’altro si riscalda a causa dell’aumento della temperatura corporea. Camminare e correre hanno creato un ideale differenziale di temperatura.”
Il processo attraverso cui le differenze di temperatura vengono direttamente convertite in energia elettrica è noto come effetto termoelettrico.
Quando un materiale termoelettrico è esposto a un gradiente di temperatura, come avere un’estremità riscaldata mentre l’altra rimane fresca, gli elettroni all’interno del materiale iniziano a fluire dall’estremità calda a quella fredda. Questo movimento degli elettroni genera una corrente elettrica. Maggiore è la differenza di temperatura, maggiore è la corrente elettrica prodotta, risultando in energia elettrica. Essenzialmente, l’effetto termoelettrico ci consente di sfruttare le disparità di temperatura per creare elettricità utilizzabile, rendendolo un percorso promettente per la generazione di energia sostenibile.
Procedendo, il Dr. Dinesh K. Patel, un ricercatore del team, è ansioso di lavorare per migliorare le prestazioni elettriche e esplorare come fabbricare il dispositivo. “Vogliamo portarlo da una prova di concetto a un prodotto che le persone possano iniziare a usare.”
Questa ricerca è stata realizzata in collaborazione con Arieca Inc., L’Università di Washington e l’Università Nazionale di Seoul.
Fonte di informazione:
Mason Zadan et al. Stretchable Thermoelectric Generators for Self‐Powered Wearable Health Monitoring. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861
