Пьезоэлектрические материалы взаимодействуют с электричеством, но главный их минус в ограничениях, из-за которых невозможно сгенерировать достаточное количество энергии.
Новая технология состоит из специальных магнитов и магнитоупругих генераторов, которые добавляют гибкости и эффективности в биоэлектронное устройство с автономным питанием.
Для того чтобы устройство заработало, достаточно простых движений человеческого тела, на котором прикреплены датчики, которые способны могут работать даже во влажной среде, т.е.дождь или пот не нарушат его работу.
«Наша разработка – это открытие и перспектива в терапевтических, сенсорных и энергетических технологиях, которая поможет человеку во многих жизненно необходимых потребностях» - говорит Джун Чен, доцент кафедры биоинженерии Калифорнийского университета и главный разработчик проекта.
Исследователи обнаружили, что магнитоупругий эффект, представляет собой изменение степени намагничивания материала, когда крошечные магниты постоянно сдвигаются вместе и разрываются под действием механического давления, может существовать в мягкой и гибкой системе, а не только в жесткой. Чтобы доказать свою концепцию, команда использовала микроскопические магниты, рассредоточенные в силиконовой матрице толщиной с бумагу, для создания магнитного поля, сила которого изменяется по мере волнообразного движения матрицы. При изменении напряженности магнитного поля вырабатывается электричество.
Чен и его команда построили небольшой гибкий магнитоупругий генератор, состоящий из кремнийорганической полимерной матрицы, катализируемой платиной, и наномагнетиков из неодима-железа-бора. Затем они прикрепили его к локтю испытуемого с помощью мягкой эластичной силиконовой ленты. Наблюдаемый ими магнитоупругий эффект был в четыре раза больше, чем у установок аналогичного размера с жесткими металлическими сплавами. В результате устройство генерировало электрические токи 4,27 миллиампер на квадратный сантиметр, что в 10 000 раз лучше, чем у следующей лучшей сопоставимой технологии.
Фактически, гибкий магнитоупругий генератор настолько чувствителен, что может преобразовывать человеческие пульсовые волны в электрические сигналы и действовать как автономный водонепроницаемый монитор сердечного ритма. Вырабатываемое электричество также можно использовать для устойчивого питания других носимых устройств, таких как датчик пота или термометр.
В настоящее время предпринимаются попытки создать носимые генераторы, которые собирают энергию движений человеческого тела для датчиков мощности и других устройств, но отсутствие практичности препятствует такому прогрессу. Например, жесткие металлические сплавы с магнитоупругим эффектом не изгибаются в достаточной степени, чтобы прижиматься к коже и генерировать значимые уровни мощности для жизнеспособных применений.
Другие устройства, которые полагаются на статическое электричество, как правило, не вырабатывают достаточно энергии. Их работоспособность также может ухудшаться во влажных условиях или при появлении пота на коже. Некоторые пытались заключить такие устройства в капсулы, чтобы не допустить проникновения воды, но это снижает их эффективность. Однако новые носимые магнитоупругие генераторы, разработанные командой Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, прошли успешные испытания.
