Envolverse los dedos puede que algún día le permita usar la comida mientras duerme

Los wearables son: hace tanto calor ahora, solo en el primer trimestre de 2021, los consumidores recolectaron más de 100 millones de unidades de relojes inteligentes, monitores de actividad física, gafas de realidad aumentada y tecnologías similares. Las ventas de categorías aumentaron un 34,4% en el segundo trimestre en comparación con el segundo trimestre de 2020, lo que la convierte en una de las categorías de electrónica personal de más rápido crecimiento.

Este crecimiento viene con una creciente demanda de vehículos prácticos y energéticamente eficientes capaces de alimentar continuamente esos combustibles. Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha diseñado un nuevo tipo de celda de biocombustible que utiliza energía del sudor de las yemas de los dedos, según un ultimo papel publicado en Joule Magazine. La celda también se puede integrar con generadores piezoeléctricos para recolectar energía de la presión de los dedos. El progreso puede algún día hacer posible saturar su piel mientras escribe o duerme.

La mayoría de los aparatos electrónicos gastados en estos días funcionan con pequeños dispositivos de almacenamiento electroquímicos, como baterías y superconductores, pero están limitados porque pueden alimentar la fuente de alimentación para un uso más prolongado. Además de encontrar formas inteligentes de reducir aún más el consumo de energía de dichos dispositivos, los investigadores ven los dispositivos de almacenamiento de energía como una solución potencial prometedora. Según los autores, algunos sensores autoamplificados existentes reducen con éxito el consumo de energía, pero estos dispositivos no pueden alimentar las señales necesarias para una transmisión de datos eficiente.

Por lo tanto, existe un interés considerable en desarrollar sistemas de cultivos autosostenibles que extraigan energía de la luz solar, los movimientos corporales, los biocombustibles o los gradientes de temperatura (es decir, una buena termodinámica pasada de moda). Cada tipo tiene sus limitaciones. Los Ar no siempre brillan, por ejemplo: los dispositivos termoeléctricos necesitan una diferencia de temperatura entre los portadores y su entorno. Y las cosechas que dependen de los movimientos corporales suelen requerir un ejercicio intenso para producir la energía necesaria.

El principal desafío al que se enfrentan todas estas nuevas fuentes de energía es la llamada energía de retorno de entrada, que es básicamente la relación entre la cantidad de energía que se pone en el sistema que de otro modo no se requeriría, la cantidad de energía que finalmente se recolecta. Un cultivo energético que depende del movimiento, por ejemplo, utiliza menos del 1 por ciento de toda la energía que una persona pone en el dispositivo mediante un ejercicio vigoroso. Idealmente, desea un dispositivo de ahorro de energía que se base en la entrada continua pasiva del cuerpo humano.

«Por lo general, quieres aprovechar al máximo tu energía. No querrás frustrarte si no puedes conseguir el tono correcto, así que invierte en un buen capo «. dijo Joseph Ozef Wang, coautor de UCSD, cuyo laboratorio creó células de biocombustible que extraen energía de la alta concentración de lactato en el sudor humano hace ocho años. “Pero aquí queríamos crear un dispositivo adaptado al funcionamiento diario, que casi no requiere inversión energética. Puede olvidarse por completo del dispositivo, dormir o trabajar en la pizarra escribiendo, pero seguir generando energía. Puede llamarlo «no hacer nada».

De hecho, según Wang et al:., su dispositivo cuenta con los colectores de bioenergía EROI más útiles hasta la fecha. Lo ven como un cambio de paradigma de lo que ellos llaman «trabajar por el poder» a «vivir por el poder».

Su secreto. Sudoración pasiva, conocida como sudoración en las yemas de los dedos. Nuestras manos y dedos sudan mucho más de lo que nos damos cuenta, porque nuestros dedos están constantemente expuestos al aire, lo que permite que el sudor se evapore rápidamente. De hecho, las yemas de los dedos tienen la mayor concentración de glándulas sudoríparas en cualquier parte del cuerpo humano, incluso debajo de los dedos. Las yemas de los dedos producen una transpiración de hasta unos pocos microlitros por centímetro.

«Incluso en comparación con la cantidad de sudor por minuto, en comparación con la cantidad de sudor que se obtiene con un entrenamiento realmente intenso, esta fuerza sigue siendo muy alta», dice el coautor Lu Yin. dijo New Scientist«No importa qué tan limpia esté su mano, es muy fácil dejar su huella digital en todas partes. Es principalmente su sudor, con muchos metabolitos. «Lo que hicimos fue usarlo».

La nueva celda de biocombustible UCSD es una banda delgada y flexible que se envuelve fácilmente alrededor de las yemas de los dedos como una curita. Hay una almohadilla de electrodo de espuma de carbono և hidrogel que absorbe el sudor. Las enzimas de los electrodos provocan reacciones químicas en el sudor entre el lactato (moléculas de oxígeno) para generar electricidad. Más tarde, los investigadores agregaron un chip piezoeléctrico para generar aún más energía presionando las yemas de los dedos sobre el objeto. Luego, esta energía se almacena en un pequeño condensador hasta que se necesite.

El equipo de UCSD descubrió que su celda de biocombustible podía producir casi 400 milisegundos de energía por centímetro cuadrado (suficiente para hacer funcionar un reloj de pulsera eléctrico durante 24 horas) porque el sujeto dormía diez horas. Escribir con el mouse durante una hora de luz o hacer clic con el mouse produjo casi 30 milivoltios con la punta de un dedo. Agregar capas al resto de los dedos puede generar diez veces más energía, lo que representa una gran inversión de energía. «Cuando estás dormido, no trabajas» dijo Yin«Incluso con el clic de un dedo, solo inviertes medio millón».

Para demostrar el rendimiento de su dispositivo, los investigadores de UCSD conectaron su celda de biocombustible a un sensor químico con una pequeña pantalla electrocrómica de baja energía que lee los datos recopilados por el sensor. Conectaron el sistema al sujeto para controlar sus niveles de vitamina C después de tomar suplementos. Otro experimento consistió en realizar una fuente de alimentación de sensor de sodio para controlar la cantidad de iones de sodio en una muestra de solución salina. Los investigadores descubrieron que la pantalla del sensor could podía alimentarse presionando el dispositivo diez veces cada diez segundos o simplemente sosteniendo la cinta durante dos minutos en la punta de un dedo.

El siguiente paso es mejorar la eficiencia de esta nueva celda de biocombustible րել para integrarla con otros tipos de cultivos para situaciones específicas. El componente de hidrogel también se puede mejorar para una mayor resistencia y retención de humedad durante operaciones prolongadas y repetitivas. «Esta tecnología de generación de energía biocompatible, fácil de usar y altamente eficiente, junto con la integración del sistema y el presupuesto de energía adecuado, mantiene la promesa de crear sistemas electrónicos epidérmicos sostenibles, confiables e independientes de próxima generación para la salud y el bienestar. «, – concluyeron los autores.

DOI. Ou ool, 2021. 10,1016 / h. Jul.2021.06.004: (Acerca de los DOI:)

Imagen de acoplamiento C de UCSD Jacobs Engineering School