Corpul tău, bateria Alimentarea gadgeturilor din „biocombustibil” uman; Ars Technica
comentariile cititorului
Împărtășește această poveste
Tehnologia a fost întotdeauna strâns legată de corpul uman. De la silex ascuțit la smartphone-uri, purtăm invențiile noastre de milenii - dar relația este pe cale să se apropie și mai mult. Următoarea generație de dispozitive electronice ar putea să nu fie doar lângă corpurile noastre, ci ar putea fi alimentate de ele.
Rămâne în viață devorează energie. Pentru a ne ține bifați, corpul nostru trebuie să ardă între 2.000 și 2.500 de calorii pe zi, ceea ce este suficient de convenabil pentru a alimenta un telefon inteligent modest folosit. Deci, dacă doar o fracțiune din această energie ar putea fi sifonată, corpurile noastre ar putea fi folosite teoretic pentru a rula orice număr de dispozitive electronice, de la implanturi medicale la lentile de contact electronice - toate fără o baterie la vedere. Recent, cercetătorii au făcut pași importanți spre deblocarea acestui potențial electric.
Potențial neexploatat
Pentru început, energia din corpurile noastre există sub diferite forme. Cei mai mulți dintre ei au nevoie de unele manipulări înainte de a putea fi folosiți pentru a alimenta un dispozitiv electronic. Dar nu toți o fac.
De exemplu, urechile mamiferelor conțin o mică tensiune electrică numită potențial endococlear (EP). Găsit în interiorul cohleei, o cavitate în formă de spirală în urechea internă, EP ajută auzul prin transformarea undelor de presiune în impulsuri electrice. Este destul de slab - aproximativ o zecime de volt - dar încă suficient de puternic, teoretic, pentru a alimenta aparatele auditive și alte implanturi auditive.
Recoltarea EP a fost mult timp considerată de neconceput datorită sensibilității extreme a urechii interne. Dar folosind o combinație de pricepere chirurgicală și inovație tehnologică, cercetătorii din Massachusetts au reușit să facă exact asta în 2012.
Echipa a dezvoltat un „cip de recoltare a energiei”, de dimensiunea unei unghii, care a fost conceput pentru a extrage energia electrică direct din PE. Au testat cipul într-un cobai, implantându-l în urechea internă a animalului, unde a generat suficientă energie electrică pentru a alimenta un emițător radio. Puterea electrică mică produsă de cip - aproximativ un nanowatt (o miliardime de watt) - este încă de aproximativ un milion de ori prea mică pentru a alimenta un implant electronic. Dar este un nanowatt mai mult decât se generase până acum, făcând din aceasta o dovadă de concept importantă. Dacă puterea de ieșire a prototipurilor viitoare poate fi sporită, tensiunea naturală a urechii interne ar putea fi folosită într-o zi pentru alimentarea aparatelor auditive; ar putea permite chiar dezvoltarea de implanturi pentru tratarea bolilor care își au originea acolo, cum ar fi boala Ménière.
Cu toate acestea, în afara coclei, electricitatea care curge liber este (poate din fericire) rară în corpul nostru. Majoritatea energiei biologice este blocată sub alte forme. Și o modalitate de ao elibera este prin reciclare.
Picioare și căldură
Suntem construiți pentru a ne mișca. În afară de alimentarea funcțiilor de bază în celulele noastre, cea mai mare parte a cheltuielilor noastre de energie se îndreaptă spre mișcarea musculară; bătăile inimii, respirația și obținerea locurilor. (Sunt sigur că veți fi de acord, acestea sunt lucruri vitale.) Pentru oricine a folosit un generator de biciclete sau o lanternă de lichidare, ideea de a converti această energie cinetică în electricitate nu va fi nouă, dar lucrurile au devenit un pic mai complex.
În ultimii ani, cercetătorii au început să exploateze o proprietate unică a unor materiale, cunoscută sub numele de piezoelectricitate, pentru a genera electricitate din mișcarea umană. Materialele piezoelectrice generează spontan sarcină electrică atunci când sunt expuse la stres (cuvântul grecesc piezo înseamnă a stoarce sau a apăsa). Aceste materiale sunt deja utilizate în nenumărate aplicații industriale și chiar și umila brichetă (acel „clic” pe care îl auziți în tipul electronic este sunetul unui cristal piezoelectric care este lovit). Dar următoarea lor utilizare ar putea fi în țesăturile generatoare de energie.
Una dintre cele mai avansate dintre acestea a fost dezvoltată în 2013 de o echipă de cercetători chino-americani care a inventat o țesătură piezoelectrică pe bază de elastomeri capabilă să genereze electricitate folosind doar energia cinetică a locomoției umane. Când o bucată din această țesătură a fost purtată ca un branț de pantof de către un voluntar, mersul pe jos a generat suficientă energie electrică pentru a ilumina 30 de LED-uri. Mai mult, atunci când aceeași țesătură a fost aplicată pe o cămașă care a fost apoi mutată artificial, a încărcat o baterie litiu-ion în câteva ore.
Potențialul materialelor piezoelectrice merge și mai adânc. De asemenea, sunt folosite pentru a recolta energie din organele interne. Anul trecut, cercetătorii din SUA au generat cu succes electricitatea din inimile, plămânii și diafragmele bătutelor (sedate) ale vacilor și ovinelor, toate prin atașarea unui material piezoelectric ultra-subțire la organe. În mod impresionant, țesătura implantată a generat aproximativ un microwatt de putere (o milionime de watt) - aproximativ cantitatea necesară pentru a rula un stimulator cardiac cardiac.
Dacă toată această plimbare pare prea mult efort și nu îți place ideea lor de oameni care îți înfășoară țesături în jurul inimii, nu te teme niciodată - ești și plin de aer cald. Se dezvoltă țesături inteligente care încorporează materiale „termoelectrice” pentru a genera sarcină electrică dintr-o diferență de căldură. Anul acesta, cercetătorii din Australia și China au sintetizat prima țesătură capabilă să transforme energia termică în electricitate. Nu a fost încă integrat într-o haină, dar în timpul unei încercări într-o cameră încălzită, materialul a generat un curent electric atunci când a fost încălzit la temperaturi asemănătoare corpului. A produs doar aproximativ un nanowatt - o fracțiune din ceea ce sunt capabile țesăturile piezoelectrice - dar la fel ca cipul de recoltare EP, este o premieră mondială. Țesăturile termoelectrice sunt cu siguranță un spațiu de urmărit.
Reciclarea energiei din corpul nostru ar putea furniza o sursă de energie neexploatată anterior pentru dispozitivele electronice. Dar există o sursă de energie și mai abundentă sub pielea noastră, care prezintă la fel de mult, dacă nu chiar mai mult, potențial. Corpul nostru arde combustibilii chimici.
Sânge
Pentru a funcționa corect, celulele noastre necesită un aport continuu de energie chimică. În consecință, interiorul nostru este plin de el. În cazul în care cercetările recente vor avea loc, această sursă internă de combustibil ar putea alimenta în curând mai mult decât doar metabolismul.