04.10.2021, 08:46
Хотя мы часто слышим о носимых пьезоэлектрических устройствах, которые вырабатывают электричество в результате движений пользователя, они частенько перестают работать при тех или иных обстоятельствах. Однако новые биоэлектрические носимые устройства этого недостатка лишены.
Jun Chen/UCLA
Он не боится влаги и достаточно мягкий, чтобы его можно было с комфортом носить на теле
В то время как пьезоэлектрические устройства генерируют электрический ток при сжатии или нажатии на материал, новый прибор несколько отличается от них. Он основан на так называемом магнитоупругом эффекте, который включает в себя использование механического давления, позволяющего сдвигать и раздвигать магниты внутри материала, тем самым генерируя электрический ток по мере изменения силы магнитного поля этого материала.
Раньше магнитоупругие генераторы конструировались из металлических сплавов, которые были слишком жесткими, чтобы их можно было удобно носить на теле. Под руководством профессора Джун Чена, команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе решила исправить этот недостаток и создала мягкую и достаточно гибкую систему, которую можно носить на подвижных частях тела. Она состоит из катализируемой платиной силиконовой полимерной матрицы, внутри которой подвешены наноразмерные магниты из неодима, железа и бора.
При прикреплении к локтю добровольца силиконовой лентой устройство генерировало электрические токи 4,27 миллиампер на квадратный сантиметр. Во время движений локтя крошечные магниты неоднократно раздвигались и сходились вместе. Более того, эксперименты показали, что устройство было достаточно чувствительным, чтобы даже преобразовывать пульс человека в электрические сигналы — это означает, что оно может быть интегрировано в монитор сердечного ритма с автономным питанием.
По словам Чена, генератор действительно обладает некоторыми ключевыми преимуществами перед существующими альтернативами.
«Современные технологии преобразования биомеханической энергии в электрическую, включая трибоэлектрические и пьезоэлектрические наногенераторы, сталкиваются с неизбежными проблемами, такими как очень низкая плотность тока и высокое внутреннее сопротивление», — пояснил он. «Что еще более важно, их электрические выходные характеристики уязвимы для влажности окружающей среды, вызванной потоотделением и текучей средой человеческого тела, что серьезно ограничивает их практическое применение».
Напротив, мягкий магнитоупругий генератор имеет более высокую мощность и не подвержен влиянию влаги. Чен добавил, что, хотя другие типы генераторов могут быть защищены от влаги с помощью водонепроницаемого покрытия, добавление такого покрытия обычно снижает их эффективность преобразования биомеханической энергии в электрическую, так что новый прибор все еще эффективнее аналогов.
