Ny enhed driver bærbare sensorer gennem menneskelig bevægelse

Fremkomsten af ​​billige bærbare sensorer, der kan overvåge puls og kropstemperatur, samt niveauer af blodsukker og metaboliske biprodukter, har gjort det muligt for forskere og sundhedsprofessionelle at overvåge menneskers sundhed på måder, som aldrig før var muligt. Men ligesom alle elektroniske enheder, disse bærbare sensorer har brug for en strømkilde. Batterier er en mulighed, men er ikke nødvendigvis ideelle, fordi de kan være omfangsrige, tung, og løber tør.

Caltechs Wei Gao, assisterende professor i medicinsk teknik i Andrew og Peggy Cherng Department of Medical Engineering, har udviklet disse sensorer såvel som nye tilgange til at drive dem ved hjælp af selve menneskekroppen. Tidligere, han skabte en sensor, der kunne overvåge sundhedsindikatorer i menneskelig sved, der er drevet af sved selv.

Nu, Gao har udviklet en ny måde at forsyne trådløse bærbare sensorer på:Han høster kinetisk energi, der produceres af en person, når de bevæger sig rundt.

Denne energihøst udføres med en tynd sandwich af materialer (Teflon, kobber, og polyimid), der er knyttet til personens hud. Når personen bevæger sig, disse materialeplader gnider mod et glidende lag lavet af kobber og polyimid, og generere små mængder elektricitet. Effekten, kendt som triboelektricitet, er måske bedst illustreret ved det statiske elektriske stød, en person kan få efter at have gået hen over et tæppebelagt gulv og derefter rørt ved en metaldørhåndtag.

"Vores triboelektriske generator, også kaldet en nanogenerator, har en stator, som er fastgjort til torsoen, og en skyder, som er fastgjort på indersiden af ​​armen. Skyderen glider mod statoren under menneskelig bevægelse, og, der genereres en elektrisk strøm på samme tid, " siger Gao. "Mekanismen er ret enkel. Friktion resulterer i elektrisk produktion. Dette er ikke noget nyt, konceptmæssigt."

Hvad er nyt, Gao siger, er, hvordan forskerholdet fremstillede nanogeneratoren.

"I stedet for at bruge smarte materialer, vi bruger kommercielt tilgængelige fleksible printkort, " siger han. "Dette materiale er billigt og meget holdbart og mekanisk robust over lange perioder."

Nanogeneratoren skaber ikke meget elektricitet; Ja, man ville have brug for en enhed med 100 kvadratmeter overfladeareal til at drive en 40-watt pære. Imidlertid, Gaos bærbare sensorer har lave strømkrav, og systemet gemmer genereret elektricitet i en kondensator, indtil der er tilstrækkelig opladning til at tage en aflæsning fra sensoren og trådløst sende dataene til en mobiltelefon via Bluetooth. Jo mere en person bevæger sig, jo oftere kan sensoren indsamle data. Selvom personen er ret stillesiddende, imidlertid, sensoren vil til sidst akkumulere nok strøm til at fungere.

Gao vil i sidste ende gerne køre sine bærbare sensorer ved hjælp af strøm, der genereres gennem flere metoder. For eksempel, en bærbar enhed kan bruge elektricitet genereret fra sved, en triboelektrisk generator, og små bærbare solpaneler.

Papiret, der beskriver forskningen, med titlen, "Trådløs batterifri, bærbar svedsensor drevet af menneskelig bevægelse, " vises i bladets nummer 40 Videnskabens fremskridt .