Sıvı metal kullanarak, araştırmacılar vücut ısısıyla çalışan ilk sağlık cihazını geliştirdi.
Her yerde teknoloji çağında, bozulmuş bir pilin verdiği rahatsızlığa aşina olmalıyız. Ancak glukozu izlemek, titremeleri azaltmak veya kalp fonksiyonunu takip etmek için giyilebilir bir sağlık cihazına güvenenler için, enerji depolamak büyük bir risk oluşturabilir.
Carnegie Mellon Üniversitesi’nden Makine Mühendisliği Bölümü’nde yapılan araştırmada, bir sağlık cihazının yalnızca vücut ısısı ile çalıştırılabileceği gösterildi. Bu ekip, bir pulse oximetry sensörünü esnek, gerilebilir bir giyilebilir termoelektrik enerji üreticisi ile birleştirerek pil ömrü endişelerini gidermek için umut verici bir yol sundu. Enerji üreticisi sıvı metal, yarı iletkenler ve 3D yazıcı ile üretilen kauçuktan yapılmıştır.
Araştırmanın yazarlarından Mason Zadan, “Bu, pilsiz giyilebilir elektronikler için ilk adımdır” dedi. Bu araştırma, Advanced Functional Materials dergisinde yayımlandı.
Sistemleri, yüksek mekanik ve termoelektrik performans elde etmek için kesintisiz malzeme entegrasyonu ile tasarlandı; yumuşak malzemeler, TEG dizaynı, düşük enerji devre kartı tasarımı ve yerleşik güç yönetimi konularında ilerlemeler içeriyor.
Mekanik Mühendislik Profesörü ve Yumuşak Makineler Laboratuvarı Direktörü Carmel Majidi, “Geçmişteki araştırmalarımızla karşılaştırıldığında, bu tasarım güç yoğunluğunu yaklaşık 40 kat veya %4000 artırıyor. Sıvı metal epoksi kompozit, termoelektrik bileşen ile cihazın vücut ile temas noktası arasındaki ısı iletkenliğini artırıyor” diye açıklıyor.
Aygıtın voltaj çıkışını test etmek amacıyla, katılımcının göğsünde ve bileğinde dinlenme ve hareket halindeyken giyildi.
Zadan, “Cihaz katılımcının bileğinde iken ve hareket halindeyken daha yüksek voltaj çıkışı gördük. Katılımcı hareket ettikçe, cihazın bir tarafı hava akışının artışıyla soğuyordu ve diğer taraf ise vücut sıcaklığının yükselmesiyle ısınıyordu. Yürümek ve koşmak ideal bir sıcaklık farklılığı yarattı” dedi.
Sıcaklık farklılıklarının doğrudan elektrik enerjisine dönüştüğü işleme termoelektrik etki denir.
Bir termoelektrik malzeme, bir ucu ısıtıldığında ve diğer ucu soğuk kaldığında, bir sıcaklık gradyanına maruz kaldığında, malzeme içindeki elektronlar sıcak uçtan soğuk uca hareket etmeye başlar. Bu elektron hareketi bir elektrik akımı üretir. Sıcaklık farkı arttıkça, daha fazla elektrik akımı üretilir ve bu da elektrik gücü oluşturur. Temelde, termoelektrik etki, sıcaklık farklarını kullanarak kullanılabilir elektrik üretmemizi sağlıyor ve bu da sürdürülebilir enerji üretimi için umut verici bir yol sunuyor.
İlerleyen günlerde, ekipte araştırmacı olan Dr. Dinesh K. Patel, elektriksel performansı iyileştirme ve cihazın imalatını araştırma konusundaki isteklerini dile getirdi. “Bunu bir kavramın ispatı aşamasından, insanların kullanmaya başlayabileceği bir ürüne dönüştürmek istiyoruz” dedi.
Bu araştırma, Arieca Inc., Washington Üniversitesi ve Seul Ulusal Üniversitesi ile işbirliği içinde yapılmıştır.
Bilgi kaynağı:
Mason Zadan ve diğerleri. Kendinden Enerji Üreten Giyilebilir Sağlık İzleme İçin Esnek Termoelektrik Üreticiler. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861
