Ассоциация technology преобразует движения человеческого тела — от сгибания локтя до тонких движений, таких как пульс на запястье — в электричество, которое можно использовать для питания носимых и имплантируемых диагностических датчиков.
Исследователи обнаружили, что магнитоупругий эффект, который представляет собой изменение степени намагничивания материала, когда крошечные магниты постоянно сдвигаются вместе и разрываются под действием механического давления, может существовать в мягкой и гибкой системе, а не только в жесткой.
Чтобы доказать свою концепцию, команда использовала микроскопические магниты, диспергированные в силиконовой матрице толщиной с бумагу, для создания магнитного поля, сила которого изменяется по мере волнообразного движения матрицы. При изменении напряженности магнитного поля вырабатывается электричество.
«Наше открытие открывает новые возможности для практических энергетических, сенсорных и терапевтических технологий, которые ориентированы на человеческое тело и могут быть подключены к Интернету вещей», - говорит руководитель исследования Джун Чен ».
Чен и его команда построили небольшой гибкий магнитоупругий генератор (размером примерно с квартал США), сделанный из кремнийорганической полимерной матрицы, катализируемой платиной, и наномагнетиков из неодима-железа-бора. Затем они прикрепили его к локтю испытуемого с помощью мягкой эластичной силиконовой ленты. Наблюдаемый ими магнитоупругий эффект был в четыре раза больше, чем у установок аналогичного размера с жесткими металлическими сплавами.
В результате устройство генерировало электрические токи 4.27 миллиампер на квадратный сантиметр, что в 10,000 XNUMX раз лучше, чем у следующей лучшей сопоставимой технологии.
Фактически, гибкий магнитоупругий генератор настолько чувствителен, что может преобразовывать человеческие пульсовые волны в электрические сигналы и действовать как автономный водонепроницаемый монитор сердечного ритма. Вырабатываемая электроэнергия также может использоваться для устойчивого питания других носимых устройств, например, пота. датчик или термометр.
В настоящее время предпринимаются попытки создать носимые генераторы, которые собирают энергию движений человеческого тела для датчиков мощности и других устройств, но отсутствие практичности препятствует такому прогрессу.
Например, жесткие металлические сплавы с магнитоупругим эффектом не изгибаются в достаточной степени, чтобы прижиматься к коже и генерировать значимые уровни мощности для жизнеспособных применений.
Другие устройства, которые полагаются на статическое электричество, как правило, не вырабатывают достаточно энергии. Их работоспособность также может ухудшаться во влажных условиях или при появлении пота на коже.
Некоторые пытались заключить такие устройства в капсулы, чтобы не допустить проникновения воды, но это снижает их эффективность.
Однако носимые магнитоупругие генераторы команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе прошли успешные испытания даже после недельного замачивания в искусственном потоотделении.