Denne enhed høster strøm fra dine svedige fingerspidser, mens du sover

Føler du dig ekstra svedig fra en sommervarmebølge? Bare rolig – ikke al din sved skal gå til spilde. I en papirudgivelse 13. juli i tidsskriftet Joule , forskere har udviklet en ny enhed, der høster energi fra sveden på - af alle steder - dine fingerspidser. Til dato, enheden er den mest effektive på kroppen energihøster nogensinde opfundet, producerer 300 millijoule (mJ) energi pr. kvadratcentimeter uden nogen mekanisk energitilførsel under en 10-timers søvn og yderligere 30 mJ energi med et enkelt tryk på en finger. Forfatterne siger, at enheden repræsenterer et væsentligt skridt fremad for selvbærende bærbar elektronik.

"Normalt, du ønsker maksimalt afkast af investering i energi. Du ønsker ikke at bruge en masse energi gennem træning for kun at få lidt energi tilbage, " siger seniorforfatter Joseph Wang, en nanoingeniørprofessor ved University of California San Diego. "Men her, vi ønskede at skabe en enhed tilpasset daglig aktivitet, som næsten ikke kræver energiinvestering – du kan helt glemme enheden og gå i dvale eller udføre skrivebordsarbejde som at skrive, men fortsætter stadig med at generere energi. Du kan kalde det 'kraft fra at gøre ingenting'."

Tidligere svedbaserede energienheder krævede intens træning, såsom meget løb eller cykling, før brugeren svedte nok til at aktivere strømproduktion. Men den store mængde energi, der forbruges under træning, kan nemt ophæve den producerede energi, resulterer ofte i energiafkast på investeringen på mindre end 1 %.

I modsætning, denne enhed falder ind under, hvad forfatterne kalder den "hellige gral" kategori af energihøstere. I stedet for at stole på ydre, uregelmæssige kilder som sollys eller bevægelse, alt, det behøver, er fingerkontakt for at opsamle mere end 300 mJ energi under søvn - hvilket forfatterne siger er nok til at drive noget lille bærbar elektronik. Da der ikke er behov for bevægelse, forholdet mellem høstet energi og investeret energi er stort set uendeligt.

Det kan virke underligt at vælge fingerspidserne som kilden til denne sved over, sige, armhulerne, men faktisk fingerspidserne har den højeste koncentration af svedkirtler sammenlignet med andre steder på kroppen.

"At generere mere sved ved fingrene har sandsynligvis udviklet sig til at hjælpe os med at få bedre fat i tingene, " siger første medforfatter Lu Yin, en nanoingeniør Ph.D. studerende, der arbejder i Wangs laboratorium. "Svedhastigheder på fingeren kan nå så højt som et par mikroliter pr. kvadratcentimeter pr. minut. Dette er signifikant sammenlignet med andre steder på kroppen, hvor svedhastighederne måske er to eller tre størrelsesordener mindre."

Enheden, som forskerne udviklede i denne undersøgelse, er en type energihøster kaldet en biobrændselscelle (BFC) og er drevet af laktat, en opløst forbindelse i sved. Udefra, det ligner et simpelt stykke skum forbundet til et kredsløb med elektroder, som alt sammen er fastgjort til puden af ​​en finger. Skummet er lavet af kulstof nanorør materiale, og enheden indeholder også en hydrogel, der hjælper med at maksimere svedoptagelsen.

"Enhedens størrelse er omkring 1 kvadratcentimeter. Dens materiale er også fleksibelt, så du behøver ikke bekymre dig om, at det er for stift eller føles mærkeligt. Du kan komfortabelt bære den i længere tid, " siger Yin.

Inden i enheden, opstår en række elektrokemiske reaktioner. Cellerne er udstyret med et bioenzym på anoden, der oxiderer, eller fjerner elektroner fra, laktatet; katoden aflejres med en lille mængde platin for at katalysere en reduktionsreaktion, der tager elektronen til at omdanne ilt til vand. Når dette sker, elektroner strømmer fra laktatet gennem kredsløbet, skabe en strøm af elektricitet. Denne proces sker spontant:så længe der er laktat, ingen ekstra energi er nødvendig for at kickstarte processen.

Adskilt fra, men komplementært til BFC, piezoelektriske generatorer - som omdanner mekanisk energi til elektricitet - er også knyttet til enheden for at høste op til 20 % ekstra energi. Stole på den naturlige klemmebevægelse af fingre eller hverdagsbevægelser som at skrive, disse generatorer hjalp med at producere yderligere energi fra næsten intet arbejde:et enkelt tryk på en finger én gang i timen krævede kun 0,5 mJ energi, men producerede over 30 mJ energi, a 6, 000% return in investment.

The researchers were able to use the device to power effective vitamin C- and sodium-sensing systems, and they are optimistic about improving the device to have even greater abilities in the future, which might make it suitable for health and wellness applications such as glucose meters for people with diabetes. "We want to make this device more tightly integrated in wearable forms, like gloves. We're also exploring the possibility of enabling wireless connection to mobile devices for extended continuous sensing, " Yin says.

"There's a lot of exciting potential, " says Wang. "We have ten fingers to play with."