30 minutes de sueur saine alimenteront facilement un petit appareil médical

Imaginez pouvoir porter confortablement votre propre réseau électrique individuel qui peut garder vos appareils chargés tout au long de la journée grâce à la transpiration et au mouvement.

C’est la future promesse potentielle de la technologie développée par les nano-ingénieurs à l’Université de Californie (UC) à San Diego. Une équipe de la Jacobs School of Engineering de l’université a développé un micro-réseau portable qui récupère l’énergie de diverses sources renouvelables pouvant alimenter de petits appareils électroniques.

Bien que la technologie elle-même ne soit pas encore suffisamment conviviale ou confortable pour que les gens veuillent la porter tout le temps, elle montre comment les chercheurs peuvent utiliser divers dispositifs de récupération d’énergie pour fournir un microréseau portable et autonome, a déclaré Lu Yin, un doctorat en nano-ingénierie. étudiant à la UC San Diego Jacobs School of Engineering.

« Nous appliquons le concept du micro-réseau pour créer des systèmes portables alimentés de manière durable, fiable et indépendante », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse. « Tout comme un micro-réseau urbain intègre une variété de sources d’énergie locales et renouvelables comme le vent et l’énergie solaire, un micro-réseau portable intègre des dispositifs qui récupèrent localement l’énergie de différentes parties du corps, comme la sueur et le mouvement, tout en contenant le stockage d’énergie. »

Yin a travaillé sur la technologie au Center for Wearable Sensors de l’UC San Diego dans le cadre de l’équipe de nanobioélectronique dirigée par le professeur de nano-ingénierie de l’UC San Diego, Joseph Wang, directeur du centre.

Le micro-réseau développé par les chercheurs est composé de trois parties : des biopiles alimentées par la transpiration, des dispositifs alimentés par le mouvement appelés générateurs triboélectriques et des supercondensateurs de stockage d’énergie. Les différentes parties de l’appareil sont flexibles, lavables et ont été sérigraphiées sur une chemise de manière à optimiser la quantité d’énergie que chacune récolterait, ont déclaré les chercheurs.

Selon cette notion, les dispositifs de récupération d’énergie sont installés dans le micro-réseau comme suit : des biopiles qui récupèrent l’énergie de la sueur ont été placées à l’intérieur de la chemise au niveau de la poitrine. Pendant ce temps, des générateurs triboélectriques, qui convertissent l’énergie du mouvement en électricité, sont placés à l’extérieur de la chemise sur les avant-bras et les côtés du torse près de la taille pour récupérer l’énergie du mouvement de balancement des bras pendant que quelqu’un marche ou court.

L’autre partie de la solution génératrice d’énergie, les supercondensateurs, était positionnée à l’extérieur de la chemise sur la poitrine afin de tirer et de stocker l’énergie des deux appareils afin qu’elle puisse être déchargée en cas de besoin pour alimenter de petits appareils électroniques, ont déclaré les chercheurs.

Différents rôles à jouer

Chacun des dispositifs individuels liés à l’énergie fonctionne différemment et joue un rôle unique, ont déclaré les chercheurs.

L’équipe de Wang a développé des biopiles il y a plus de sept ans ; ils utilisent des enzymes pour déclencher un échange d’électrons entre les molécules de lactate et d’oxygène dans la sueur humaine pour générer de l’électricité. L’itération actuelle de cette technologie est extensible et peut générer plus de puissance que l’appareil d’origine, ont noté les chercheurs.

Les générateurs triboélectriques sont constitués d’un matériau chargé négativement placé sur les avant-bras et d’un matériau chargé positivement placé sur les côtés du torse. Lorsque les bras se balancent, les matériaux de charge opposée se frottent les uns contre les autres et génèrent de l’électricité, ont déclaré les chercheurs.

L’équipe a connecté toutes les pièces avec des interconnexions argentées flexibles qui sont également imprimées sur la chemise et isolées par un revêtement imperméable. L’ensemble du dispositif peut être lavé sans nuire aux performances d’aucune des pièces ; Cependant, le détergent ne peut pas être utilisé, ou il compromet l’appareil, ont déclaré les chercheurs.

Les deux parties de récupération d’énergie fournissent chacune un type d’énergie différent: une basse tension continue des biopiles et des impulsions de haute tension des générateurs triboélectriques, ont déclaré les chercheurs. C’est la raison pour laquelle les supercondensateurs sont là pour stocker l’énergie des deux sources d’alimentation et la décharger au besoin.

L’idée de combiner différentes manières de récupérer l’énergie, à la fois du mouvement et de la sueur, dans une solution intégrée, est qu’elles se complètent et fournissent une énergie de secours si l’une ne fonctionne pas de manière optimale, a expliqué Yin.

« Lorsque vous ajoutez ces deux ensemble, ils compensent les lacunes de l’autre », a déclaré Yin. « Ils sont complémentaires et synergiques pour permettre un démarrage rapide et une alimentation continue. »

En effet, la combinaison permet au micro-réseau portable d’alimenter les appareils en continu, et l’ensemble du système démarre deux fois plus vite que d’avoir uniquement les biopiles, et dure trois fois plus longtemps que les seuls générateurs triboélectriques, a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Communication Nature.

Test et application comme la sueur

Les chercheurs ont testé le microgrid portable sur un sujet humain pendant des sessions de 30 minutes qui consistaient en 10 minutes d’exercice sur une machine à vélo ou en course, suivies de 20 minutes de repos.

Les résultats ont montré que la chemise pouvait alimenter soit une montre-bracelet LCD, soit un petit écran électrochrome, un appareil qui change de couleur en réponse à une tension appliquée, tout au long de chaque session de 30 minutes.

Les vêtements d’entraînement sont probablement le premier type d’application pour le micro-réseau, mais l’innovation consistant à combiner et à intégrer les appareils était plus l’objet de la recherche que son utilisation immédiate, a déclaré Yin.

« Nous ne nous contentons pas d’ajouter A et B ensemble et de l’appeler un système », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse. « Nous avons choisi des pièces qui ont toutes des facteurs de forme compatibles ; correspondance des performances ; et des fonctionnalités complémentaires, ce qui signifie qu’elles sont toutes utiles pour le même scénario.

De plus, au fur et à mesure de l’évolution de l’appareil, il ne s’appliquera pas uniquement à la conception de nouveaux appareils portables pour l’exercice, a déclaré Yin.

« Nous ne nous limitons pas à cette conception », a-t-il déclaré. « Nous pouvons adapter le système en sélectionnant différents types de récupérateurs d’énergie pour différents scénarios. »

C’est l’objectif du travail des chercheurs à l’avenir, ont-ils déclaré, alors qu’ils développent d’autres conceptions qui peuvent collecter de l’énergie de manière moins dynamique, comme lorsque quelqu’un est assis dans un bureau, par exemple, ou se déplace lentement à l’extérieur, ont-ils déclaré.