Peranti penjagaan kesihatan pertama yang dikuasakan oleh haba badan

Menggunakan logam berasaskan cecair, penyelidik telah membuat peranti penjagaan kesihatan pertama yang dikuasakan oleh haba badan.

Pada zaman teknologi di mana-mana, kita semua terlalu biasa dengan kesulitan bateri yang mati. Tetapi bagi mereka yang bergantung pada peranti penjagaan kesihatan boleh pakai untuk memantau glukosa, mengurangkan gegaran, atau menjejaki fungsi jantung, mengambil masa untuk mengecas semula boleh menimbulkan risiko yang besar.

Buat pertama kalinya, penyelidik di Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Universiti Carnegie Mellon telah menunjukkan bahawa peranti penjagaan kesihatan boleh dikuasakan menggunakan haba badan sahaja. Dengan menggabungkan sensor oksimetri nadi dengan penjana tenaga termoelektrik yang fleksibel, boleh renggang, boleh pakai, pasukan ini telah memperkenalkan cara yang menjanjikan untuk menangani kebimbangan hayat bateri. Penjana tenaga mereka diperbuat daripada logam cecair, semikonduktor dan getah bercetak 3D.

Mason Zadan, pengarang penyelidikan, berkata: “Ini adalah langkah pertama ke arah elektronik boleh pakai tanpa bateri”. Penyelidikan ini diterbitkan dalam jurnal Advanced Functional Materials.

Sistem mereka, yang direka untuk mencapai prestasi mekanikal dan termoelektrik yang tinggi dengan penyepaduan bahan yang lancar, menampilkan kemajuan dalam bahan lembut, reka bentuk tatasusunan TEG, reka bentuk papan litar tenaga rendah dan pengurusan kuasa on-board.

Carmel Majidi, Profesor Kejuruteraan Mekanikal dan Pengarah Makmal Mesin Lembut, menerangkan: “Berbanding dengan penyelidikan kami yang lalu, reka bentuk ini meningkatkan ketumpatan kuasa sebanyak kira-kira 40 kali ganda atau 4000%. Komposit epoksi logam cecair meningkatkan kekonduksian terma antara komponen termoelektrik dan titik sentuhan peranti pada badan”.

Untuk menguji keluaran voltannya, peranti itu dipakai pada dada dan pergelangan tangan peserta semasa berehat dan bergerak.

Zadan berkata: “Kami melihat keluaran voltan yang lebih besar semasa peranti berada di pergelangan tangan peserta dan semasa orang itu sedang bergerak. Semasa peserta bergerak, satu sisi peranti disejukkan oleh peningkatan aliran udara, dan sebelah lagi dipanaskan akibat kenaikan suhu badan. Berjalan dan berlari mencipta perbezaan suhu yang ideal.”

Proses di mana perbezaan suhu secara langsung ditukar kepada tenaga elektrik dikenali sebagai kesan termoelektrik.

Apabila bahan termoelektrik terdedah kepada kecerunan suhu, seperti mempunyai satu hujung dipanaskan manakala hujung yang lain kekal sejuk, elektron dalam bahan mula mengalir dari hujung panas ke hujung sejuk. Pergerakan elektron ini menghasilkan arus elektrik. Semakin besar perbezaan suhu, semakin banyak arus elektrik yang dihasilkan, menghasilkan kuasa elektrik. Pada asasnya, kesan termoelektrik membolehkan kami memanfaatkan perbezaan suhu untuk menghasilkan tenaga elektrik yang boleh digunakan, menjadikannya jalan yang menjanjikan untuk penjanaan tenaga mampan.

Melangkah ke hadapan, Dr. Dinesh K. Patel, seorang saintis penyelidikan dalam pasukan, tidak sabar-sabar untuk berusaha meningkatkan prestasi elektrik dan meneroka cara mengeluarkan peranti itu. “Kami mahu memindahkannya daripada bukti konsep kepada produk yang boleh digunakan oleh orang ramai.”

Penyelidikan ini dilakukan dengan kerjasama Arieca Inc., The University of Washington, dan Seoul National University.

Sumber maklumat:

Mason Zadan et al. Penjana Termoelektrik Boleh Regang untuk Pemantauan Kesihatan Boleh Dipakai Dikuasakan Sendiri. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861