연구원들은 모든 곳에서 손끝의 땀에서 에너지를 수확하는 새로운 장치를 개발했습니다. 현재까지 이 장치는 300시간 수면 동안 기계적 에너지 입력 없이 평방 센티미터당 10밀리줄(mJ)의 에너지를 생산하고 한 번의 누름으로 추가로 30mJ의 에너지를 생산하는, 지금까지 발명된 것 중 가장 효율적인 온바디 에너지 하베스터입니다. 손가락. 연구원들은 이 장치가 자체 지속 가능한 웨어러블 전자 제품을 위한 중요한 단계를 나타낸다고 말합니다.
일반적으로 에너지 투자에 대한 최대 수익을 원합니다. 약간의 에너지를 되찾기 위해 운동을 통해 많은 에너지를 소비하고 싶지는 않습니다.”라고 University of California San Diego의 나노공학 교수인 선임 연구원이 말했습니다. “하지만 여기서는 에너지 투자가 거의 필요하지 않은 일상 활동에 적합한 장치를 만들고 싶었습니다. 장치에 대해 완전히 잊고 잠을 자거나 타이핑과 같은 사무 업무를 수행하면서도 여전히 에너지를 생성할 수 있습니다. '아무것도 하지 않는 것에서 오는 힘'이라고 할 수 있습니다.”
기존의 땀 기반 에너지 장치는 사용자가 전력 생산을 활성화할 만큼 땀을 흘리기 전에 많은 달리기나 자전거 타기와 같은 격렬한 운동이 필요했습니다. 그러나 운동 중에 소비되는 많은 양의 에너지는 생산된 에너지를 쉽게 상쇄할 수 있으며, 그 결과 에너지 투자 수익이 1% 미만인 경우가 많습니다.
대조적으로, 이 장치는 연구원들이 에너지 수확기의 "성배" 범주라고 부르는 것에 속합니다. 햇빛이나 움직임과 같은 외부의 불규칙한 소스에 의존하는 대신 수면 중 300mJ 이상의 에너지를 수집하기 위해 손가락 접촉만 있으면 됩니다. 이동이 필요하지 않기 때문에 수확된 에너지와 투자된 에너지의 비율은 본질적으로 무한합니다.
겨드랑이 등 땀의 근원으로 손가락 끝을 선택하는 것이 이상하게 보일 수 있지만 실제로 손가락 끝은 신체의 다른 곳보다 땀샘의 농도가 가장 높습니다.
"손가락에서 더 많은 땀을 생성하는 것은 아마도 우리가 물건을 더 잘 잡을 수 있도록 진화했을 것입니다."라고 첫 번째 연구원인 나노공학 박사가 말했습니다. 왕의 연구실에서 일하는 학생. “손가락의 땀 속도는 분당 제곱센티미터당 몇 마이크로리터에 이를 수 있습니다. 이것은 땀의 양이 XNUMX배 정도 더 적은 신체의 다른 부위와 비교할 때 중요합니다.”
이 연구에서 연구원들이 개발한 장치는 바이오 연료 전지(BFC)라고 하는 일종의 에너지 수확기이며 땀에 용해된 화합물인 젖산염으로 구동됩니다. 겉으로 보기에는 단순한 거품 조각처럼 보입니다. 회로 전극으로, 모두 손가락 패드에 부착되어 있습니다. 폼은 탄소나노튜브 소재로 만들어졌으며, 장치에는 땀 흡수를 극대화하는 하이드로겔도 포함되어 있습니다.
장치의 크기는 약 1cm 제곱입니다. 소재도 유연하기 때문에 너무 딱딱하거나 이상한 느낌이 들지 않을까 걱정할 필요가 없습니다. 오랫동안 편안하게 착용하실 수 있습니다.
장치 내에서 일련의 전기화학 반응이 발생합니다. 세포의 양극에는 젖산을 산화시키거나 젖산에서 전자를 제거하는 생물효소가 있습니다. 음극은 전자가 산소를 물로 바꾸는 환원 반응을 촉매하기 위해 소량의 백금으로 증착됩니다. 일단 이것이 일어나면, 전자는 젖산에서 회로를 통해 흘러 전기 전류를 생성합니다. 이 과정은 자발적으로 발생합니다. 젖산이 있는 한 이 과정을 시작하는 데 추가 에너지가 필요하지 않습니다.
기계적 에너지를 전기로 변환하는 압전 발전기는 BFC와는 별개이지만 보완적인 역할을 하며 최대 20%의 추가 에너지를 수확하기 위해 장치에 부착됩니다. 이 발전기는 손가락의 자연스러운 꼬집음 동작이나 타이핑과 같은 일상적인 동작에 의존하여 추가 생성을 도왔습니다. 에너지 거의 모든 작업에서: 시간당 한 번 손가락을 한 번 누르면 0.5mJ의 에너지만 필요하지만 30mJ 이상의 에너지를 생산하여 6,000%의 투자 수익을 얻을 수 있습니다.
연구원들은 이 장치를 사용하여 효과적인 비타민 C 및 나트륨 감지 시스템에 전력을 공급할 수 있었고, 향후 더 큰 능력을 갖도록 장치를 개선하여 포도당과 같은 건강 및 웰빙 응용 분야에 적합할 수 있다고 낙관하고 있습니다. 당뇨병이 있는 사람들을 위한 미터. 그들은 이 장치를 장갑과 같은 착용 가능한 형태로 더욱 긴밀하게 통합하기를 원합니다. 우리는 또한 확장된 연속 감지를 위해 모바일 장치에 무선 연결을 가능하게 하는 가능성을 모색하고 있습니다.
