Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị mới có thể thu năng lượng từ mồ hôi - ở mọi nơi - đầu ngón tay của bạn. Cho đến nay, thiết bị này là máy thu năng lượng trên cơ thể hiệu quả nhất từng được phát minh, tạo ra 300 milijoules (mJ) năng lượng trên mỗi cm vuông mà không cần bất kỳ đầu vào năng lượng cơ học nào trong khi ngủ 10 giờ và thêm 30 mJ năng lượng chỉ với một lần nhấn. của một ngón tay. Các nhà nghiên cứu cho biết thiết bị này đại diện cho một bước tiến quan trọng đối với thiết bị điện tử đeo được tự bền vững.
Thông thường, bạn muốn lợi tức đầu tư vào năng lượng tối đa. Bạn không muốn tiêu hao nhiều năng lượng thông qua tập thể dục để chỉ lấy lại một ít năng lượng, ”nhà nghiên cứu cấp cao, giáo sư kỹ thuật nano tại Đại học California San Diego, nói. “Nhưng ở đây, chúng tôi muốn tạo ra một thiết bị thích ứng với hoạt động hàng ngày mà hầu như không cần đầu tư năng lượng — bạn hoàn toàn có thể quên thiết bị và đi ngủ hoặc làm công việc bàn giấy như đánh máy, nhưng vẫn tiếp tục tạo ra năng lượng. Bạn có thể gọi nó là 'sức mạnh từ việc không làm gì cả.'
Các thiết bị năng lượng dựa trên mồ hôi trước đây yêu cầu tập thể dục cường độ cao, chẳng hạn như chạy hoặc đi xe đạp rất nhiều, trước khi người dùng đổ mồ hôi đủ để kích hoạt sản xuất năng lượng. Nhưng lượng lớn năng lượng tiêu hao trong quá trình luyện tập có thể dễ dàng triệt tiêu năng lượng sinh ra, thường dẫn đến tỷ lệ hoàn vốn đầu tư dưới 1%.
Ngược lại, thiết bị này được các nhà nghiên cứu gọi là loại máy thu năng lượng “chén thánh”. Thay vì dựa vào các nguồn bên ngoài, bất thường như ánh sáng mặt trời hoặc chuyển động, tất cả những gì nó cần là tiếp xúc với ngón tay để thu thập hơn 300 mJ năng lượng trong khi ngủ - mà các tác giả cho biết là đủ để cung cấp năng lượng cho một số thiết bị điện tử nhỏ có thể đeo được. Vì không cần chuyển động, tỷ lệ giữa năng lượng thu hoạch và năng lượng đầu tư về cơ bản là vô hạn.
Có vẻ kỳ quặc khi chọn đầu ngón tay là nguồn tiết ra mồ hôi trên vùng nách, nhưng trên thực tế, đầu ngón tay là nơi tập trung tuyến mồ hôi cao nhất so với bất kỳ nơi nào khác trên cơ thể.
Nhà nghiên cứu đầu tiên, một tiến sĩ kỹ thuật nano cho biết: “Việc tạo ra nhiều mồ hôi hơn ở các ngón tay có lẽ đã phát triển để giúp chúng ta cầm nắm đồ vật tốt hơn. sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm của Wang. “Tỷ lệ mồ hôi trên ngón tay có thể lên tới vài microlit trên một cm vuông mỗi phút. Điều này có ý nghĩa so với các vị trí khác trên cơ thể, nơi mà tốc độ mồ hôi có thể nhỏ hơn hai hoặc ba bậc của độ lớn ”.
Thiết bị mà các nhà nghiên cứu đã phát triển trong nghiên cứu này là một loại máy thu năng lượng được gọi là tế bào nhiên liệu sinh học (BFC) và được cung cấp năng lượng bởi lactate, một hợp chất hòa tan trong mồ hôi. Nhìn từ bên ngoài, nó trông giống như một miếng xốp đơn giản được kết nối với mạch với các điện cực, tất cả đều được gắn vào miếng đệm của ngón tay. Bọt được làm từ vật liệu ống nano carbon và thiết bị cũng chứa hydrogel giúp hấp thụ mồ hôi tối đa.
Kích thước của thiết bị là khoảng 1 cm vuông. Chất liệu của nó cũng mềm dẻo, vì vậy bạn không cần phải lo lắng về việc nó quá cứng nhắc hoặc cảm thấy kỳ lạ. Bạn có thể thoải mái đeo nó trong một khoảng thời gian dài.
Trong thiết bị, một loạt các phản ứng điện hóa xảy ra. Các tế bào được trang bị một bioenzyme trên cực dương để oxy hóa hoặc loại bỏ các điện tử từ lactate; catot được lắng một lượng nhỏ platin để xúc tác phản ứng khử lấy electron để biến oxy thành nước. Một khi điều này xảy ra, các electron chạy từ lactate qua mạch, tạo ra một dòng điện. Quá trình này xảy ra một cách tự nhiên: miễn là có lactate, không cần thêm năng lượng để bắt đầu quá trình.
Tách biệt nhưng bổ sung với BFC, máy phát áp điện — chuyển đổi cơ năng thành điện năng — cũng được gắn vào thiết bị để thu năng lượng bổ sung lên đến 20%. Dựa vào chuyển động véo tự nhiên của ngón tay hoặc chuyển động hàng ngày như đánh máy, những bộ tạo này đã giúp tạo ra thêm năng lượng Hầu như không từ bất kỳ công việc nào: một lần nhấn ngón tay một lần mỗi giờ chỉ cần 0.5 mJ năng lượng nhưng tạo ra hơn 30 mJ năng lượng, lợi tức đầu tư 6,000%.
Các nhà nghiên cứu đã có thể sử dụng thiết bị này để cung cấp năng lượng cho các hệ thống cảm biến vitamin C và natri hiệu quả, và họ lạc quan về việc cải tiến thiết bị để có những khả năng lớn hơn nữa trong tương lai, có thể làm cho nó phù hợp với các ứng dụng sức khỏe và sức khỏe như glucose máy đo cho người bị bệnh tiểu đường. Họ muốn làm cho thiết bị này được tích hợp chặt chẽ hơn ở dạng có thể đeo được, như găng tay. Chúng tôi cũng đang khám phá khả năng cho phép kết nối không dây với các thiết bị di động để có cảm biến liên tục kéo dài.
