Nanoteknistä pienenergian keruuta

Nanotekniikan avulla voidaan pian tuottaa kehon sisäisesti sähkövirtaa suoraan ihmiskehosta tai ulkoisesti ihmisen vain nukkuessa.

Tel Avivin yliopiston tutkijoiden johtaman tutkimusryhmän nanotekninen kehitystyö mahdollistaa sähköenergian tuottamisen suoraan ihmiskehossa aktivoimalla erilaisia elimiä mekaanisella voimalla.

Saavutukseen liittyy uusi ja erittäin vahva kollageenin kaltainen biologinen materiaali, joka on pietsosähköinen mutta ei myrkyllinen.

Tutkijat uskovat, että uudella nanoteknologialla on monia potentiaalisia sovelluksia lääketieteessä, mukaan lukien puhtaan energian kerääminen sydämentahdistimien ja muiden kehoon istutettujen laitteiden käyttämiseksi kehon luonnollisten liikkeiden kautta.

"Kollageeni on yleisimpiä proteiineja ihmiskehossa, ja se muodostaa noin 30 % kaikista kehomme proteiineista", taustoittaa professori Ehud Gazit. Koska kollageenimolekyyli itsessään on suuri ja monimutkainen, tutkijat ovat pitkään etsineet minimalistista, lyhyttä ja yksinkertaista molekyyliä, joka perustuu kollageeniin ja jolla on samanlaiset ominaisuudet.

Tutkijoiden nyt luoman materiaalin nanometrisien rakenteiden kokeet paljastivat, kehon liikkeet, kuten syke, leukojen louskuttaminen, suolenliikkeet tai mikä tahansa muu kehossa säännöllisesti tapahtuva liike, varaavat laitteen sähköllä, joka aktivoi implanttia jatkuvasti.

Kalifornian San Diegon yliopiston insinöörit ovat taasen kehittäneet ohuen, joustavan nauhan, joka sormenpäässä tuottaa pieniä määriä sähköä henkilön sormen hikoilusta tai kun sormella napautetaan jotakin kohdetta.

Erikoista tässä ratkaisussa on, että se tuottaa virtaa myös silloin, kun käyttäjä nukkuu tai vain istuu paikallaan. Laite tuottaa myös lisätehoa kevyillä sormenpuristuksilla - joten esimerkiksi kirjoittaminen, tekstiviestien lähettäminen, pianon soittaminen voi olla myös energianlähde. Tämä on saatu aikaan integroimalla pietsosähkögeneraattori biopolttokennon alle sormipuristuksen mekaanisen energian hyödyntämiseksi.

Laite saa suurimman osan tehostaan sormenpäästä, jotka ovat ympäri vuorokauden toimivia hikoilutehtaita. On vähemmän tunnettu tosiasia, että sormenpäät ovat yksi kehon hikoilupisteistä; niissä on yli tuhat hikirauhasta joten alue voi tuottaa 100-1000 kertaa enemmän hikeä kuin useimmat muut kehon alueet.

"Syy, miksi tunnemme hikoilua muualla kehossa, johtuu siitä, että kyseiset alueet eivät ole hyvin tuulettuvia", sanoo tohtoriopiskelija Lu Yin. ”Sitä vastoin sormenpäät altistuvat aina ilmalle, joten hiki haihtuu niistä nopeasti.

Hien kerääminen näin pieneltä alueelta ja sen hyödyntäminen edellytti innovatiivista materiaalitekniikkaa. Hiilivaahtoiset elektrodit absorboivat hikeä ja niissä on entsyymejä, jotka laukaisevat kemiallisia reaktioita hien laktaatti- ja happimolekyylien välillä tuottamaan sähköä.

Tutkijat keräsivät energiaa yhdestä sormenpäästä 10 tunnin unen aikana lähes 400 millijoulea - tämä riittää elektronisen rannekellon käyttämiseen vuorokauden ajan. Tunnin ajan satunnaisen kirjoittamisen ja hiiren napsauttamisella laite keräsi lähes 30 millijoulea. Ja tämä vain yhdestä sormenpäästä.

UC San Diegossa kehitellään myös biosuperkondensaattoria, joka voi kerätä ja tallentaa hikoilusta saamaansa energiaa käytettäväksi suurempitehoisten energiankäyttöpulssien tarpeisiin.

Aiheista aiemmin:

Biologista energiantuottoa

Ihoanturi seuraa C-vitamiinitasoja hiestä