Công nghệ mới trên cơ thể người: Pin năng lượng điện

[sunshine1104]

Hãy tưởng tượng bạn đang sạc Apple Watch bằng... chính cơ thể mình. Một thiết bị đeo mới nhỏ xíu được gọi là máy phát nhiệt điện (TEG) trực tiếp biến nhiệt của cơ thể bạn thành năng lượng điện.

TEG sử dụng sự khác biệt về nhiệt độ - như nhiệt độ của cơ thể bạn so với không khí xung quanh - để biến năng lượng đó thành điện năng.

Để thiết lập trạng thái cân bằng, nhiệt tự động tản vào các vị trí mát hơn và TEG khai thác dòng điện được tạo ra khi các hạt được cung cấp năng lượng di chuyển từ nóng sang lạnh dọc theo một con chip. Điều đó thật tiện lợi, vì nhiệt cơ thể là một nguồn khá ổn định.

Để duy trì nhiệt độ ổn định khoảng 98,6 độ F, cơ thể bạn phải điều chỉnh sự cân bằng chặt chẽ giữa tăng nhiệt và mất nhiệt. Và bởi vì cơ thể của bạn không thực sự hiệu quả, bạn mất khoảng 75% năng lượng nó tạo ra thông qua nhiệt.

Trong khi phần của thiết bị tiếp xúc với da sẽ biến hơi ấm cơ thể thành năng lượng, thiết bị đeo được che chắn mặt lạnh của nó khỏi tia nắng mặt trời bằng một bộ phim chọn lọc bước sóng để duy trì sự chênh lệch nhiệt độ.

Nhưng thành công của thiết bị có thể đeo được đến từ tính linh hoạt và đặc tính tự phục hồi cực kỳ của nó, cho phép nó uốn cong theo cơ thể bạn và bật trở lại sau khi bị hư hại.

Một vật liệu đặc biệt được gắn bên trong thiết bị tự chữa lành vết cắt bằng cách hàn lại những vết đứt ở cấp độ vi mô. Nó linh hoạt bởi vì mỗi thành phần đều linh hoạt, giống như xây dựng mạch điện đàn hồi trên một sợi dây cao su bằng cách sử dụng dây có thể co giãn.



Máy tạo nhịp tim, máy bơm phân phối thuốc, Fitbit và các thiết bị đeo khác có thể sớm hoạt động bằng một loại năng lượng tái tạo mới: cơ thể người.

Ronggui Yang, giáo sư kỹ thuật năng lượng và điện Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong (Trung Quốc), người tham gia vào nghiên cứu, cho biết thiết kế cải tiến đáng kể so với các thiết kế máy phát nhiệt điện có thể đeo được trước đây và cứng cáp hơn. Đó là nhờ một vài cải tiến đáng kể.

Đối với chất nền hay còn gọi là đế của thiết bị đeo được, nhóm của Yang đã kết hợp 3 hợp chất có sẵn trên thị trường để tổng hợp một vật liệu polyimine co giãn.

Chất nền tạo ra có thể uốn cong, giống như một chiếc vòng tay cao su. Bằng cách cắt các khe bằng tia laser trên chất nền polyimine này, nhóm nhà nghiên cứu tạo ra những vết khía nhỏ cho các chip nhiệt điện tạo ra năng lượng.

Để tạo ra một thiết bị đeo có kích thước hoặc hình dạng khác, nhóm nhà khoa học có thể chỉ cần cắt nhiều khía hơn để thêm nhiều chip hơn hoặc sắp xếp lại trật tự của chúng.

Kết quả cuối cùng: "khả năng kéo dài, tự phục hồi, tái chế và cấu hình lại giống Lego vượt trội", Yang nói. Những phẩm chất này có nghĩa là sản phẩm cuối cùng bền hơn bao giờ hết.

Nhóm nhà nghiên cứu cho biết, các dạng TEG mới này có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn nữa cho phép sạc đầy những thiết bị có yêu cầu điện năng cao hơn.

Tuy nhiên, xét đến việc những thiết bị đeo này chỉ có thể tạo ra năng lượng khoảng 1 vôn cho mỗi centimet vuông không gian da, ít điện áp hơn trên một khu vực so với hầu hết các loại pin hiện có, vẫn còn nhiều việc phải làm.

Ví dụ, một pin AA hoặc AAA được đánh giá là 1,5 vôn, và đó là lượng điện năng cần thiết để chạy một số máy bơm insulin. Về phần mình, pin là một công nghệ khá bẩn, đôi khi sử dụng kim loại đất hiếm và vật liệu ăn mòn.

Khi pin bị hỏng thải ra bãi chôn lấp, các hóa chất bên trong - bao gồm axit clohydric, cùng một chất được tìm thấy trong đường tiêu hóa của bạn - ngấm vào đất, làm ô nhiễm mặt đất và nước. Pin Lithium-ion, loại pin phổ biến trong các thiết bị đeo thể dục, dễ phát nổ và bắt lửa trong các bãi rác, giải phóng khí nhà kính độc hại.



Sơ đồ minh họa về thiết kế, quy trình chế tạo và các đặc điểm chính (bao gồm khả năng tự phục hồi, tái chế và cấu hình lại giống như Lego) của TEG.

Nếu cơ thể của bạn có thể làm công việc tương tự như pin đồng hồ với công nghệ sạch hơn, có thể tái chế nhiều hơn, thì đó là một chiến thắng cho môi trường.

Thiết bị đeo của Yang thậm chí còn có công nghệ hoàn toàn có thể tái chế. Bạn chỉ cần ngâm TEG trong dung dịch tái chế đặc biệt trong 6 giờ ở nhiệt độ phòng, khiến chất nền polyimine bị phân hủy. Tốt hơn chưa?

Đối với những người có công nghệ y tế cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim, pin đeo được như TEG này có thể có nghĩa là một tương lai không cần phẫu thuật thay pin. Theo Johns Hopkins Medicine, những bệnh nhân có máy tạo nhịp tim phải trải qua loại phẫu thuật này từ 5 đến 10 năm một lần, vì pin lithium-ion bên trong thiết bị cấy ghép của họ bắt đầu hỏng.

Thiết kế TEG có vẻ phức tạp. Trên thực tế, nó chỉ là sự kết hợp cân bằng tuyệt vời của các công nghệ nhằm mở ra cánh cửa cá nhân hóa. Yang cho biết người dùng sẽ có thể tự tùy chỉnh mạch điện bằng cách sử dụng một thứ đơn giản như một bộ dụng cụ hàn tại nhà.

Những người đam mê thậm chí có thể tạo ra công nghệ đeo tùy chỉnh của riêng họ với số lượng pin chính xác mà họ mong muốn. Nhóm nhà nghiên cứu tin rằng bạn có thể nhìn thấy những thiết bị đeo được này trong các cửa hàng trong vòng 5 đến 10 năm tới.