Моргните, чтобы добавить энергии "умным" линзам

Моргните, чтобы добавить энергии "умным" линзам

18 Apr 2024
76

Потенциальные возможности использования "умных" контактных линз весьма разнообразны. Вставьте линзу в глаз и отслеживайте показатели здоровья, например уровень сахара в крови; получайте целевую доставку лекарств для лечения глазных заболеваний; попробуйте дополненную реальность и читайте новости, отображая информацию буквально у себя перед глазами.

Глаз обладает одной из самых высоких плотностей нервных волокон среди всех человеческих тканей, в частности роговица в 300-600 раз чувствительнее нашей кожи. Ученые разработали маленькие, гибкие чипы, но с источниками питания оказалось сложнее. Существующие технологии предлагают не самые лучшие решения, такие как ночная индукционная зарядка и другие конструкции, которые зависят от какого-то внешнего аккумулятора.

Команда ученых из университета Юты (США) утверждает, что разработали лучшее решение: гибридное устройство для выработки энергии типа "все в одном", специально предназначенное для технологии, работающей в линзах.

В статье, опубликованной в журнале Small, ученые описывают, как они создали устройство, сочетающее гибкий кремниевый солнечный элемент с новой системой, преобразующей слезы в энергию. Система может надежно обеспечивать электроэнергией умные контактные линзы и другие глазные устройства.

"Большинство современных исследований предусматривают беспроводную передачу энергии с одной антенной на линзе и другой в устройстве, которое может находиться всего в сантиметре от линзы — очень, очень крошечный промежуток, — говорит один из разработчиков системы Эрфан Пуршабан. — Он должен находиться прямо в поле вашего зрения, а это непрактично. Мы решили, что если вы не можете носить его с собой, то неважно, насколько хороша технология "умных" контактных линз. Мы должны создать другую технологию".

Чтобы создать источник питания, Пуршабан и его коллеги изготовили специальные детали. Первым шагом стали миниатюрные гибкие кремниевые солнечные элементы, способные улавливать свет как от солнца, так и от искусственных источников, например ламп. Команда соединила восемь крошечных (1,5 на 1,5 на 0,1 миллиметра) жестких кристаллических ячеек и заключила их в полимер, чтобы создать гибкую фотоэлектрическую систему.

Вторая половина — это система, активируемая морганием глаз, которая работает как воздушно-металлическая батарея. Естественные слезы пользователя — точнее, электролиты в них — служат биотопливом для выработки энергии.

Когда глаз полностью открыт, система выключена. Затем, когда глаз начинает моргать, электролиты слезы встречаются с магниевым анодом, вызывая реакцию окисления и генерацию электронов. И наконец, электролиты слезы вступают в контакт как с анодом, так и с платиновым катодом, создавая еще больше энергии за счет дальнейшего окисления на поверхности анода и восстановления кислорода на поверхности катода. Электроды не загрязняются благодаря движению век и постоянному обновлению слез.

Две "половинки" этой системы генерации энергии объединяются с помощью схемы управления питанием со встроенным 11-миллифарадным суперконденсатором, который преобразует напряжение в постоянное, усиливает его и в итоге выдает около 150 микроватт энергии при стабильном напряжении 3,3 вольта — не требуются антенны, внешний блок батарей или специальный зарядный кейс.

Новый источник питания не только удобен в использовании, но и представляет собой инновационную двухрежимную технологию, которая использует два режима сбора энергии, так что он происходит постоянно — независимо от того, открыты глаза или закрыты.

Потенциал коммерциализации этой технологии значителен и разнообразен. Но разработчики больше всего взволнованы потенциальными приложениями для мониторинга здоровья глаз, от таких прозаических состояний, как пресбиопия — возрастная дальнозоркость, которая может начаться в середине 40-х годов, до более коварных заболеваний, таких как глаукома.