I ricercatori hanno sviluppato un nuovo dispositivo che raccoglie energia dal sudore sulla punta delle dita, tra tutti i luoghi. Ad oggi, il dispositivo è il più efficiente raccoglitore di energia sul corpo mai inventato, producendo 300 millijoule (mJ) di energia per centimetro quadrato senza alcun input di energia meccanica durante un sonno di 10 ore e altri 30 mJ di energia con una singola pressione di un dito. I ricercatori affermano che il dispositivo rappresenta un significativo passo avanti per l'elettronica indossabile autosufficiente.
Normalmente, si desidera il massimo ritorno sull'investimento in energia. Non vuoi spendere molta energia attraverso l'esercizio per recuperare solo un po' di energia", afferma un ricercatore senior, professore di nanoingegneria presso l'Università della California a San Diego. “Ma qui, volevamo creare un dispositivo adattato all'attività quotidiana che non richiedesse quasi nessun investimento energetico: puoi dimenticarti completamente del dispositivo e andare a dormire o lavorare alla scrivania come scrivere, continuando comunque a generare energia. Puoi chiamarlo 'potere dal non fare nulla'”.
I precedenti dispositivi energetici basati sul sudore richiedevano un esercizio intenso, come una grande quantità di corsa o bicicletta, prima che l'utente sudasse abbastanza da attivare la generazione di energia. Ma la grande quantità di energia consumata durante l'esercizio può facilmente annullare l'energia prodotta, spesso con un ritorno sull'investimento energetico inferiore all'1%.
Al contrario, questo dispositivo rientra in quella che i ricercatori chiamano la categoria del "Santo Graal" dei raccoglitori di energia. Invece di fare affidamento su fonti esterne irregolari come la luce solare o il movimento, tutto ciò di cui ha bisogno è il contatto con le dita per raccogliere più di 300 mJ di energia durante il sonno, che secondo gli autori è sufficiente per alimentare alcuni piccoli dispositivi elettronici indossabili. Poiché non è necessario alcun movimento, il rapporto tra energia raccolta ed energia investita è essenzialmente infinito.
Può sembrare strano scegliere i polpastrelli come fonte di questo sudore sopra, ad esempio, le ascelle, ma in realtà i polpastrelli hanno la più alta concentrazione di ghiandole sudoripare rispetto a qualsiasi altra parte del corpo.
"La generazione di più sudore dalle dita probabilmente si è evoluta per aiutarci a tenere meglio le cose", afferma il primo ricercatore, un dottorato di ricerca in nanoingegneria. studente che lavora nel laboratorio di Wang. “I tassi di sudore sul dito possono raggiungere anche pochi microlitri per centimetro quadrato al minuto. Questo è significativo rispetto ad altre parti del corpo, dove i tassi di sudore sono forse di due o tre ordini di grandezza inferiori".
Il dispositivo sviluppato dai ricercatori in questo studio è un tipo di raccoglitore di energia chiamato cella a biocombustibile (BFC) ed è alimentato dal lattato, un composto disciolto nel sudore. Dall'esterno, sembra un semplice pezzo di schiuma collegato a un circuito con elettrodi, il tutto attaccato al polpastrello di un dito. La schiuma è realizzata in materiale di nanotubi di carbonio e il dispositivo contiene anche un idrogel che aiuta a massimizzare l'assorbimento del sudore.
La dimensione del dispositivo è di circa 1 centimetro quadrato. Anche il suo materiale è flessibile, quindi non devi preoccuparti che sia troppo rigido o che ti sembri strano. Puoi indossarlo comodamente per un lungo periodo di tempo.
All'interno del dispositivo si verificano una serie di reazioni elettrochimiche. Le cellule sono dotate di un bioenzima sull'anodo che ossida o rimuove elettroni dal lattato; il catodo viene depositato con una piccola quantità di platino per catalizzare una reazione di riduzione che porta l'elettrone a trasformare l'ossigeno in acqua. Una volta che ciò accade, gli elettroni fluiscono dal lattato attraverso il circuito, creando una corrente di elettricità. Questo processo avviene spontaneamente: finché c'è lattato, non è necessaria energia aggiuntiva per avviare il processo.
Separati ma complementari al BFC, i generatori piezoelettrici, che convertono l'energia meccanica in elettricità, sono anche collegati al dispositivo per raccogliere fino al 20% di energia aggiuntiva. Basandosi sul naturale movimento di pizzicamento delle dita o sui movimenti quotidiani come la digitazione, questi generatori hanno contribuito a produrre ulteriori energia da quasi nessun lavoro: una singola pressione di un dito una volta all'ora richiedeva solo 0.5 mJ di energia ma produceva oltre 30 mJ di energia, un ritorno sull'investimento del 6,000%.
I ricercatori sono stati in grado di utilizzare il dispositivo per alimentare efficaci sistemi di rilevamento della vitamina C e del sodio e sono ottimisti sul miglioramento del dispositivo per avere capacità ancora maggiori in futuro, il che potrebbe renderlo adatto ad applicazioni per la salute e il benessere come il glucosio metri per le persone con diabete. Vogliono rendere questo dispositivo più strettamente integrato in forme indossabili, come i guanti. Stiamo anche esplorando la possibilità di abilitare la connessione wireless ai dispositivi mobili per un rilevamento continuo esteso.
