I la tecnologia converte i movimenti del corpo umano – dalla piegatura del gomito a movimenti impercettibili come la pulsazione del polso – in elettricità che potrebbe essere utilizzata per alimentare sensori diagnostici indossabili e impiantabili.
I ricercatori hanno scoperto che l'effetto magnetoelastico, che è il cambiamento di quanto un materiale viene magnetizzato quando piccoli magneti vengono costantemente spinti insieme e separati da una pressione meccanica, può esistere in un sistema morbido e flessibile, non solo rigido.
Per dimostrare il loro concetto, il team ha utilizzato magneti microscopici dispersi in una matrice di silicone sottile come carta per generare un campo magnetico che cambia di intensità man mano che la matrice ondeggia. Quando l'intensità del campo magnetico cambia, viene generata elettricità.
"La nostra scoperta apre una nuova strada per l'energia pratica, le tecnologie di rilevamento e terapeutiche che sono incentrate sul corpo umano e possono essere collegate all'Internet delle cose", afferma il leader dello studio Jun Chen.
Chen e il suo team hanno costruito un piccolo generatore magnetoelastico flessibile (delle dimensioni di un quarto degli Stati Uniti) costituito da una matrice polimerica di silicone catalizzata da platino e nanomagneti al neodimio-ferro-boro. Lo hanno poi fissato al gomito di un soggetto con una fascia di silicone morbida ed elastica. L'effetto magnetoelastico che hanno osservato era quattro volte maggiore rispetto a configurazioni di dimensioni simili con leghe metalliche rigide.
Di conseguenza, il dispositivo ha generato correnti elettriche di 4.27 milliampere per centimetro quadrato, che è 10,000 volte migliore della successiva migliore tecnologia comparabile.
In effetti, il generatore magnetoelastico flessibile è così sensibile che potrebbe convertire le onde del polso umano in segnali elettrici e agire come un cardiofrequenzimetro autoalimentato e impermeabile. L'elettricità generata può essere utilizzata anche per alimentare in modo sostenibile altri dispositivi indossabili, come un sudore sensore o un termometro.
Ci sono stati sforzi in corso per realizzare generatori indossabili che raccolgano energia dai movimenti del corpo umano per alimentare sensori e altri dispositivi, ma la mancanza di praticità ha ostacolato tale progresso.
Ad esempio, le leghe metalliche rigide con effetto magnetoelastico non si piegano sufficientemente per comprimersi contro la pelle e generare livelli significativi di potenza per applicazioni praticabili.
Altri dispositivi che si basano sull'elettricità statica tendono a non generare energia sufficiente. Le loro prestazioni possono anche risentirne in condizioni di umidità o quando c'è sudore sulla pelle.
Alcuni hanno cercato di incapsulare tali dispositivi per tenere fuori l'acqua, ma questo ne riduce l'efficacia.
I generatori magnetoelastici indossabili del team dell'UCLA, tuttavia, sono stati testati bene anche dopo essere stati immersi nel sudore artificiale per una settimana.