Az első olyan egészségügyi eszköz, amely testhővel működik

Folyékony alapú fémek felhasználásával a kutatók elkészítették az első olyan egészségügyi eszközt, amely testhővel működik.

A technológia korában mindenhol túlságosan is jól ismerjük a lemerült akkumulátor okozta kényelmetlenséget. De azok számára, akik hordható egészségügyi eszközre támaszkodnak a glükózszint monitorozására, a remegés csökkentésére vagy akár a szívműködés nyomon követésére, a feltöltődésre fordított idő nagy kockázatot jelenthet.

A Carnegie Mellon Egyetem Gépészmérnöki Tanszékének kutatói most először mutatták ki, hogy egy egészségügyi eszközt csak testhő felhasználásával is meg lehet táplálni. A pulzoximetriás érzékelő és a rugalmas, nyújtható, hordható termoelektromos energiagenerátor kombinálásával ez a csapat ígéretes módszert mutatott be az akkumulátor élettartamával kapcsolatos problémák megoldására. Energiagenerátoruk folyékony fémből, félvezetőkből és 3D nyomtatott gumiból készül.

Mason Zadan, a kutatás szerzője azt mondta: „Ez az első lépés az akkumulátor nélküli viselhető elektronika felé”. Ez a kutatás az Advanced Functional Materials folyóiratban jelent meg.

A zökkenőmentes anyagok integrációjával magas mechanikai és termoelektromos teljesítmény elérésére tervezett rendszerük a lágy anyagok, a TEG tömb kialakítása, az alacsony energiaigényű áramköri kártya kialakítása és a fedélzeti energiagazdálkodás terén tett előrelépéseket tartalmazza.

Carmel Majidi, a gépészmérnök professzor és a Soft Machines Laboratory igazgatója kifejti: „Korábbi kutatásainkhoz képest ez a kialakítás nagyjából 40-szer vagy 4000%-kal javítja a teljesítménysűrűséget. A folyékony fém epoxi kompozit javítja a hővezető képességet a termoelektromos komponens és a készülék testen lévő érintkezési pontja között.

A kimeneti feszültség teszteléséhez az eszközt a résztvevő mellkasán és csuklóján viselték nyugalomban és mozgásban.

Zadan elmondta: „Nagyobb feszültséget láttunk, amikor az eszköz a résztvevő csuklóján volt, és miközben az illető mozgásban volt. Ahogy a résztvevő mozog, a készülék egyik oldalát a légáramlás növekedése hűti, a másik oldalát a testhőmérséklet emelkedése fűti. A gyaloglás és a futás ideális hőmérséklet-különbséget teremtett.”

Termoelektromos hatásnak nevezik azt a folyamatot, amelynek során a hőmérséklet-különbségek közvetlenül elektromos energiává alakulnak át.

Amikor egy termoelektromos anyagot hőmérsékleti gradiensnek tesznek ki, például az egyik vége felmelegszik, míg a másik vége hideg marad, az anyagon belüli elektronok a meleg végtől a hideg vég felé áramlani kezdenek. Ez az elektronmozgás elektromos áramot hoz létre. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, annál több elektromos áram keletkezik, ami elektromos teljesítményt eredményez. Lényegében a termoelektromos hatás lehetővé teszi számunkra, hogy a hőmérséklet-különbségeket hasznosítható villamos energia előállításához hasznosítsuk, így ez ígéretes út a fenntartható energiatermeléshez.

A továbbiakban Dr. Dinesh K. Patel, a csapat kutatója alig várja, hogy az elektromos teljesítmény javításán dolgozzon, és feltárja az eszköz gyártásának módját. „Szeretnénk áthelyezni a koncepciót egy olyan termékké, amelyet az emberek elkezdhetnek használni.”

Ez a kutatás az Arieca Inc.-vel, a Washingtoni Egyetemmel és a Szöuli Nemzeti Egyetemmel együttműködve készült.

Információforrás:

Mason Zadan et al. Nyújtható termoelektromos generátorok az önerős hordható állapotfigyeléshez. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861