Bærbar sundhedsteknologi får effektivitetsopgradering

North Carolina State University ingeniører har demonstreret en fleksibel enhed, der høster varmeenergien fra den menneskelige krop for at overvåge helbredet. Enheden overgår alle andre fleksible mejetærskere, der bruger kropsvarme som den eneste energikilde.

I et blad udgivet i Anvendt energi , NC State-forskerne rapporterer om betydelige forbedringer af den fleksible kropsvarmehøster, de først rapporterede i 2017. Høstmaskinerne bruger varmeenergi fra menneskekroppen til at drive bærbare teknologier – tænk på smarte ure, der måler din puls, blod ilt, glukose og andre sundhedsparametre - som aldrig behøver at få deres batterier genopladet. Teknologien er afhængig af de samme principper for stive termoelektriske høstmaskiner, der omdanner varme til elektrisk energi.

Fleksible mejetærskere, der passer til den menneskelige krop, er meget ønskede til brug med bærbare teknologier. Mehmet Ozturk, en NC State professor i elektro- og computerteknik og tilsvarende forfatter til papiret, nævnte overlegen hudkontakt med fleksible enheder, samt de ergonomiske og komfortmæssige overvejelser for brugeren af ​​enheden, som kerneårsagerne til at bygge fleksible termoelektriske generatorer, eller TEG'er.

Ydeevnen og effektiviteten af ​​fleksible mejetærskere, imidlertid, i øjeblikket ligger et godt stykke efter stive enheder, som har været overlegne i deres evne til at omdanne kropsvarme til brugbar energi.

"Den fleksible enhed, der er rapporteret i dette papir, er betydeligt bedre end andre fleksible enheder, der er rapporteret til dato og nærmer sig effektiviteten af ​​stive enheder, hvilket er meget opmuntrende, " sagde Ozturk.

Den proof-of-concept TEG, der oprindeligt blev rapporteret i 2017, brugte halvlederelementer, der var forbundet elektrisk i serie ved hjælp af flydende metalforbindelser lavet af EGaIn - en ikke-giftig legering af gallium og indium. EgaIn leverede både metallignende elektrisk ledningsevne og strækbarhed. Hele enheden var indlejret i en strækbar silikone-elastomer.

Den opgraderede enhed anvender den samme arkitektur, men den forbedrer den termiske konstruktion af den tidligere version markant, mens den øger tætheden af ​​de halvlederelementer, der er ansvarlige for at omdanne varme til elektricitet. En af forbedringerne er en forbedret silikone-elastomer - i det væsentlige en type gummi - der indkapsler EGaIn-forbindelserne.

"Nøglen her er at bruge en silikone-elastomer med høj termisk ledningsevne dopet med grafenflager og EGaIn, " sagde Ozturk. Elastomeren giver mekanisk robusthed mod punkteringer, mens den forbedrer enhedens ydeevne.

"Ved at bruge denne elastomer kunne vi øge den termiske ledningsevne - varmeoverførselshastigheden - med seks gange, tillader forbedret lateral varmespredning, " han sagde.

Ozturk tilføjede, at en af ​​teknologiens styrker er, at den eliminerer behovet for enhedsproducenter til at udvikle nye fleksible, termoelektriske materialer, fordi det indeholder de samme halvlederelementer, der bruges i stive enheder. Ozturk sagde, at det fremtidige arbejde vil fokusere på yderligere at forbedre effektiviteten af ​​disse fleksible enheder.

Yasaman Sargolzaeiaval, Viswanath P. Ramesh, Taylor V. Neumann, Veena Misra, Michael Dickey og Daryoosh Vashaee var medforfattere til papiret. Koncernen har også et nyligt patent på teknologien.