อุปกรณ์ไบโออิเล็คทรอนิคส์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองสามารถให้พลังงานแก่เซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้

อัปเดต: 6 สิงหาคม 2023
อุปกรณ์ไบโออิเล็คทรอนิคส์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองสามารถให้พลังงานแก่เซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้

พื้นที่ เทคโนโลยี แปลงการเคลื่อนไหวของร่างกายมนุษย์ จากการงอข้อศอกไปจนถึงการเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อน เช่น ชีพจรบนข้อมือ ให้เป็นไฟฟ้าที่สามารถนำไปใช้จ่ายให้กับเซ็นเซอร์วินิจฉัยที่สวมใส่ได้และแบบฝังได้

นักวิจัยค้นพบว่าผลกระทบของสนามแม่เหล็กซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงของปริมาณแม่เหล็กของวัสดุเมื่อแม่เหล็กขนาดเล็กถูกผลักเข้าด้วยกันอย่างต่อเนื่องและดึงออกจากกันโดยแรงกดทางกลสามารถอยู่ในระบบที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นได้ ไม่ใช่แค่แบบที่แข็ง

เพื่อพิสูจน์แนวคิดของพวกเขา ทีมงานได้ใช้แม่เหล็กขนาดเล็กที่กระจายตัวอยู่ในซิลิโคนเมทริกซ์ที่บางเป็นกระดาษเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงความแรงเมื่อเมทริกซ์เป็นคลื่น เมื่อความแรงของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนไป กระแสไฟฟ้าก็ถูกสร้างขึ้น

Jun Chen หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า "การค้นพบของเราเป็นการเปิดช่องทางใหม่ให้กับเทคโนโลยีด้านพลังงาน การตรวจจับ และเทคโนโลยีบำบัดที่ใช้งานได้จริง ซึ่งเน้นที่ร่างกายมนุษย์เป็นศูนย์กลาง และสามารถเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง"

เฉินและทีมของเขาได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตอีลาสติกขนาดเล็กที่ยืดหยุ่นได้ (ขนาดประมาณไตรมาสหนึ่งของสหรัฐฯ) ที่ทำจากเมทริกซ์ซิลิโคนโพลีเมอร์ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแพลตตินัมและนาโนแม่เหล็กนีโอไดเมียม-เหล็ก-โบรอน จากนั้นนำไปติดไว้ที่ข้อศอกของอาสาสมัครด้วยแถบซิลิโคนที่ยืดหยุ่นและนุ่ม ผลกระทบจากสนามแม่เหล็กที่พวกเขาสังเกตเห็นนั้นมากกว่าการตั้งค่าที่มีขนาดใกล้เคียงกันด้วยโลหะผสมแข็งถึงสี่เท่า

ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์จึงสร้างกระแสไฟฟ้าได้ 4.27 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งดีกว่าเทคโนโลยีเปรียบเทียบที่ดีที่สุดอันดับถัดไปถึง 10,000 เท่า

อันที่จริง เครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็กที่ยืดหยุ่นได้นั้นไวต่อแสงมากจนสามารถแปลงคลื่นชีพจรของมนุษย์ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจแบบกันน้ำแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเอง กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ยังสามารถนำมาใช้เพื่อให้พลังงานแก่อุปกรณ์สวมใส่อื่นๆ ได้อย่างยั่งยืน เช่น เหงื่อ เซ็นเซอร์ หรือเทอร์โมมิเตอร์

มีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สวมใส่ได้ซึ่งเก็บเกี่ยวพลังงานจากการเคลื่อนไหวของร่างกายมนุษย์ไปจนถึงเซ็นเซอร์กำลังและอุปกรณ์อื่น ๆ แต่การขาดการใช้งานจริงได้ขัดขวางความก้าวหน้าดังกล่าว

ตัวอย่างเช่น โลหะผสมแข็งที่มีเอฟเฟกต์แม่เหล็กไม่โค้งงอเพียงพอที่จะกดทับผิวหนังและสร้างระดับพลังงานที่มีความหมายสำหรับการใช้งานจริง

อุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้ไฟฟ้าสถิตมักจะผลิตพลังงานไม่เพียงพอ การแสดงความสามารถของพวกเขาอาจประสบในสภาพอากาศชื้นหรือเมื่อมีเหงื่อบนผิวหนัง

บางคนพยายามห่อหุ้มอุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อไม่ให้น้ำไหลออก แต่นั่นทำให้ประสิทธิภาพลดลง

อย่างไรก็ตาม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กที่สวมใส่ได้ของทีม UCLA ได้รับการทดสอบอย่างดีแม้หลังจากที่เปียกเหงื่อเทียมเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์