Bioinżynierowie z UCLA tworzą miękkie, elastyczne urządzenie bioelektroniczne

Zespół bioinżynierów z Samueli School of Engineering na UCLA wynalazł miękkie, elastyczne, samozasilające się urządzenie bioelektroniczne. Technologia przekształca ruchy ludzkiego ciała -; Od zginania łokcia po subtelne ruchy, takie jak pulsowanie na nadgarstku -; W elektryczności, która może być wykorzystana do zasilania noszonych i wszczepialnych czujników diagnostycznych.

Naukowcy odkryli, że efekt magnetoelastyczny, który polega na zmianie wielkości magnetyzmu materiału, gdy małe magnesy są stale dociskane do siebie i rozdzielane przez nacisk mechaniczny, może istnieć w elastycznym i elastycznym systemie. Nie tylko solidny. Aby udowodnić swoją koncepcję, zespół wykorzystał mikroskopijne magnesy rozproszone w cienkiej jak papier matrycy krzemowej do wygenerowania pola magnetycznego, którego siła zmienia się w miarę falowania matrycy. Wraz ze zmianą natężenia pola magnetycznego wytwarzana jest energia elektryczna.

materiały natury W dniu dzisiejszym opublikowano badanie szczegółowo opisujące odkrycie i model teoretyczny stojący za włamaniem i wyjaśnieniem. Badania zostały również podkreślone przez: charakter temperamentu.

Nasze odkrycie otwiera nową drogę dla praktycznych technologii energetycznych, sensorycznych i terapeutycznych, które koncentrują się wokół ludzkiego ciała i mogą być połączone z Internetem Rzeczy. Wyjątkowość tej technologii polega na tym, że umożliwia ona ludziom wygodne rozciąganie się i poruszanie, gdy urządzenie jest dociskane do ludzkiej skóry, a ponieważ opiera się na magnetyzmie, a nie na elektryczności, wilgoć i nasz pot nie wpływają negatywnie na jego skuteczność”.

John Chen, kierownik badań i adiunkt bioinżynierii na UCLA Samueli

Chen i jego zespół zbudowali mały, elastyczny magnetron (wielkości około jednej czwartej Stanów Zjednoczonych) wykonany z szeregu polimerów krzemowych katalizowanych platyną oraz nanomagnesów neodymowych, żelaznych i borowych. Następnie przymocowali go do łokcia osoby za pomocą miękkiej, gumowej silikonowej opaski. Zaobserwowany przez nich efekt magnetoelastyczny był czterokrotnie większy niż w przypadku kompozycji o podobnej wielkości ze stopami metali twardych. W rezultacie urządzenie generowało prądy elektryczne o wartości 4,27 mA na centymetr kwadratowy, czyli 10 000 razy lepiej niż następna najlepsza podobna technologia.

W rzeczywistości generator magnetoelastyczny jest tak czuły, że może przekształcać ludzkie fale tętna na sygnały elektryczne i działa jak samozasilający się, wodoodporny monitor pracy serca. Wygenerowaną energię elektryczną można również wykorzystać do zrównoważonego zasilania innych urządzeń do noszenia, takich jak czujnik potu lub termometr.

Trwają wysiłki, aby stworzyć generatory do noszenia, które gromadzą energię z ruchów ludzkiego ciała do czujników energii i innych urządzeń, ale brak praktycznego zastosowania hamuje ten postęp. Na przykład stopy metali twardych z efektem magnetoelastycznym nie wyginają się wystarczająco, aby ściskać skórę i generować znaczące poziomy energii dla wykonalnych zastosowań.

Inne urządzenia, które opierają się na elektryczności statycznej, zwykle nie generują wystarczającej mocy. Na jego działanie może mieć wpływ również wilgoć lub gdy występuje pot na skórze. Niektórzy próbowali hermetyzować takie urządzenia, aby nie dopuścić do przedostania się wody, ale to zmniejsza ich skuteczność. Jednak nowe magnetyczne i przenośne generatory zespołu UCLA sprawdziły się dobrze nawet po tym, jak były moczone w syntetycznym pocie przez tydzień.

Technologia jest opatentowana przez UCLA Technology Development Group.