นักวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์ใหม่ที่รวบรวมพลังงานจากเหงื่อในทุกที่—ปลายนิ้วของคุณ จนถึงปัจจุบัน อุปกรณ์นี้เป็นเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานในร่างกายที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเท่าที่เคยคิดค้น โดยผลิตพลังงานได้ 300 มิลลิจูล (mJ) ต่อตารางเซนติเมตรโดยไม่ต้องใช้พลังงานกลใดๆ ระหว่างการนอนหลับ 10 ชั่วโมงและพลังงานเพิ่มเติม 30 mJ ด้วยการกดเพียงครั้งเดียว ของนิ้ว นักวิจัยกล่าวว่าอุปกรณ์ดังกล่าวถือเป็นก้าวสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้อย่างยั่งยืนในตัวเอง
โดยปกติคุณต้องการผลตอบแทนสูงสุดจากการลงทุนด้านพลังงาน คุณไม่ต้องการที่จะใช้พลังงานมากในการออกกำลังกายเพื่อให้ได้พลังงานกลับคืนมาเพียงเล็กน้อย” นักวิจัยอาวุโส ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก กล่าว “แต่ที่นี่ เราต้องการสร้างอุปกรณ์ที่ปรับให้เข้ากับกิจกรรมประจำวันที่แทบไม่ต้องลงทุนด้านพลังงาน คุณสามารถลืมอุปกรณ์ทั้งหมดแล้วไปนอนหรือทำงานบนโต๊ะอย่างการพิมพ์ แต่ยังคงสร้างพลังงานต่อไป คุณสามารถเรียกมันว่า 'พลังจากการไม่ทำอะไรเลย'”
อุปกรณ์ให้พลังงานที่ใช้เหงื่อออกก่อนหน้านี้ต้องออกกำลังกายอย่างหนัก เช่น วิ่งหรือปั่นจักรยาน ก่อนที่ผู้ใช้จะมีเหงื่อออกมากพอที่จะกระตุ้นการสร้างพลังงาน แต่การใช้พลังงานจำนวนมากในระหว่างการออกกำลังกายสามารถตัดพลังงานที่ผลิตออกได้อย่างง่ายดาย ซึ่งมักจะส่งผลให้มีผลตอบแทนจากการลงทุนน้อยกว่า 1%
ในทางตรงกันข้าม อุปกรณ์นี้อยู่ในสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่าเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานประเภท "จอกศักดิ์สิทธิ์" แทนที่จะอาศัยแหล่งภายนอกที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น แสงแดดหรือการเคลื่อนไหว สิ่งที่ต้องการก็คือการสัมผัสนิ้วเพื่อรวบรวมพลังงานมากกว่า 300 mJ ระหว่างการนอนหลับ ซึ่งผู้เขียนกล่าวว่าเพียงพอสำหรับจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่ขนาดเล็ก เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการเคลื่อนไหว อัตราส่วนระหว่างพลังงานที่เก็บเกี่ยวและพลังงานที่ลงทุนไปจึงไม่มีสิ้นสุด
อาจดูแปลกที่จะเลือกปลายนิ้วเป็นแหล่งของเหงื่อใต้วงแขน แต่ในความเป็นจริง ปลายนิ้วมีต่อมเหงื่อที่มีความเข้มข้นสูงสุดเมื่อเทียบกับที่อื่นๆ ในร่างกาย
นักวิจัยคนแรก, ปริญญาเอกด้านวิศวกรรมนาโนกล่าวว่า "การสร้างเหงื่อที่นิ้วมือมากขึ้นจะช่วยให้เราจับสิ่งต่างๆ ได้ดีขึ้น นักเรียนที่ทำงานในห้องทดลองของวัง “อัตราเหงื่อบนนิ้วสามารถสูงถึงสองสามไมโครลิตรต่อตารางเซนติเมตรต่อนาที สิ่งนี้สำคัญมากเมื่อเทียบกับตำแหน่งอื่นๆ ในร่างกาย ซึ่งอัตราเหงื่ออาจน้อยกว่าสองหรือสามเท่า”
อุปกรณ์ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้นในการศึกษานี้เป็นเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานชนิดหนึ่งที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ (BFC) และใช้พลังงานจากแลคเตท ซึ่งเป็นสารประกอบที่ละลายในเหงื่อ จากภายนอกดูเหมือนเป็นชิ้นโฟมธรรมดาที่เชื่อมต่อกับ a connected วงจรไฟฟ้า ด้วยอิเล็กโทรดซึ่งทั้งหมดติดอยู่กับแผ่นนิ้ว โฟมทำจากวัสดุท่อนาโนคาร์บอน และอุปกรณ์ยังมีไฮโดรเจลที่ช่วยดูดซับเหงื่อได้สูงสุด
ขนาดตัวเครื่องประมาณ 1 ซม. ยกกำลังสอง วัสดุก็มีความยืดหยุ่นเช่นกัน คุณจึงไม่ต้องกังวลว่าวัสดุจะแข็งเกินไปหรือรู้สึกแปลกๆ คุณสามารถสวมใส่สบายเป็นเวลานาน
ภายในเครื่องจะเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีหลายชุด เซลล์ได้รับการติดตั้งไบโอเอ็นไซม์บนแอโนดที่ออกซิไดซ์หรือดึงอิเล็กตรอนออกจากแลคเตท แคโทดถูกสะสมด้วยแพลตตินัมจำนวนเล็กน้อยเพื่อเร่งปฏิกิริยารีดักชันที่นำอิเล็กตรอนไปเปลี่ยนออกซิเจนให้เป็นน้ำ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อิเล็กตรอนจะไหลจากแลคเตทผ่านวงจร ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า กระบวนการนี้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ: ตราบใดที่มีแลคเตท ก็ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมในการเริ่มต้นกระบวนการ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกซึ่งเปลี่ยนพลังงานกลเป็นไฟฟ้านั้นแยกออกจาก BFC ที่เสริมแต่เสริมเข้ากับอุปกรณ์เพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานเพิ่มเติมสูงสุด 20% อาศัยการบีบนิ้วตามธรรมชาติของนิ้วหรือการเคลื่อนไหวในชีวิตประจำวัน เช่น การพิมพ์ เครื่องกำเนิดเหล่านี้ช่วยสร้างเพิ่มเติม พลังงาน จากการทำงานเพียงเล็กน้อย: การกดนิ้วเพียงครั้งเดียวต่อชั่วโมงต้องการพลังงานเพียง 0.5 mJ แต่ผลิตพลังงานได้มากกว่า 30 mJ ซึ่งให้ผลตอบแทนการลงทุน 6,000%
นักวิจัยสามารถใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อขับเคลื่อนระบบการตรวจวัดวิตามินซีและโซเดียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และพวกเขามองโลกในแง่ดีเกี่ยวกับการปรับปรุงอุปกรณ์ให้มีความสามารถมากขึ้นในอนาคต ซึ่งอาจช่วยให้เหมาะสมกับการใช้งานด้านสุขภาพและความงาม เช่น กลูโคส เมตรสำหรับผู้ป่วยเบาหวาน พวกเขาต้องการทำให้อุปกรณ์นี้รวมเข้ากับรูปแบบที่สวมใส่ได้แนบแน่นยิ่งขึ้น เช่น ถุงมือ เรากำลังสำรวจความเป็นไปได้ในการเปิดใช้งานการเชื่อมต่อไร้สายกับอุปกรณ์พกพาสำหรับการตรวจจับต่อเนื่องแบบขยาย
