Подушечки пальцев как источник питания носимого устройства

Подушечки пальцев как источник питания носимого устройства

16 Jul 2021
49
Прослушать

Мелкие капельки пота, выделяемые кончиками пальцев во время сна, могут питать носимые датчики, измеряющие уровень сахара, витамина С или другие показатели здоровья. Такую возможность обещает новая система - тонкое, гибкое устройство, которое наматывается на кончики пальцев, как пластырь, и которое, по словам его создателей, является самым эффективным сборщиком энергии от пота. 

Исследователи по всему миру в настоящее время разрабатывают носимые датчики для измерения любых параметров - от ускорения при беге до уровня глюкозы у диабетика. Однако серьезным препятствием для широкого использования этих датчиков является сложности, связанные с обеспечением их устойчивым питанием. Батареи громоздки и недолговечны, а солнечная энергия не работает ночью.

Пот является особенно перспективным источником энергии, поскольку он содержит естественный побочный продукт анаэробного дыхания - метода, используемого организмом для быстрого получения энергии при нагрузках, - так называемый лактат, который может быть расщеплен ферментом для получения энергии. Однако существующим устройствам для работы требуется много пота, а большинство людей не хотят посещать спортзал всякий раз, когда их электроника разряжается.

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) решили использовать пот, образующийся на кончиках пальцев. Здесь находится самая высокая концентрация потовых желез на нашем теле - даже больше, чем в подмышках, и они выделяют пот постоянно, независимо от того, напрягаетесь ли вы. Обычно мы не замечаем этого пота, потому что он испаряется почти мгновенно.

Новое устройство имеет площадь всего 1 квадратный сантиметр и достаточно гибкое, чтобы его можно было обернуть вокруг кончика пальца. Оно фиксирует пот с помощью гибкого гидрогеля, который прилегает к коже. Три вспененных блока поверх геля служат электродами. Два из них содержат фермент, который запускает химические реакции между содержащимися в составе пота молекулами молочной кислоты и кислорода. В результате этих реакций вырабатывается небольшое количество электроэнергии, которую запасает встроенный конденсатор. Кроме того, в «пластыре» есть слой пьезоэлектрического материала, способного вырабатывать энергию при нажатии. Таким образом, работа пальцами, включая набор текста на клавиатуре, позволяет запасать энергию для носимого устройства.

Во время ночного сна устройство может вырабатывать 300 миллиджоулей энергии на квадратный сантиметр - этого достаточно для питания наручных часов в течение суток. Более того, если человек, носящий устройство, надавит на него, сжав два пальца вместе, оно может произвести 30 миллиджоулей на квадратный сантиметр благодаря генераторам, которые превращают механическую энергию в электричество. Команда продемонстрировала, что этих небольших всплесков энергии достаточно для питания носимого сенсора витамина С и его дисплея.

Особенность нового устройства заключается в том, что оно может вырабатывать энергию постоянно, а не только в периоды физической активности, поскольку подушечки человеческих пальцев всегда немного потеют. Это свойство делает прототип системы весьма перспективным для создания коммерческого устройства для питания различной носимой электроники.