30 سپتامبر 2021، توسط دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس- ژنراتور مغناطیسی با قابلیت کشش و ضد آب طراحی شده توسط UCLA برای بیوالکترونیک. اعتبار: جون چن/UCLA
گروهی از مهندسان در دانشکده مهندسی UCLA Samueli یک دستگاه بیوالکترونیکی جدید و نرم و انعطاف‌پذیر خود را ابداع کرده‌اند. این فناوری حرکات بدن انسان – از خم شدن آرنج تا حرکات ظریف مانند نبض روی مچ دست – را به الکتریسیته‌ای تبدیل می‌کند که می‌تواند برای تأمین حسگرهای تشخیصی پوشیدنی و قابل کاشت مورد استفاده قرار گیرد.
محققان کشف کردند که اثر مغناطیسی، یعنی تغییر میزان مغناطیسی‌شدن مواد هنگامی که آهنرباهای کوچک به طور مداوم به هم فشار داده می‌شوند و تحت فشار مکانیکی از هم جدا می‌شوند، می‌تواند در یک سیستم نرم و انعطاف‌پذیر – نه فقط در یک سیستم سفت و سخت – وجود داشته باشد. این گروه برای اثبات مفهوم خود، از آهنرباهای میکروسکوپی پراکنده در یک ماتریس سیلیکونی نازک کاغذی استفاده کردند تا یک میدان مغناطیسی ایجاد کنند که با تغییر شکل ماتریس در قدرت تغییر می‌کند. با تغییر قدرت میدان مغناطیسی، الکتریسیته تولید می‌شود.
Nature Materials نتایج یک مطالعه تحقیقی منتشر کرد که جزئیات این کشف، مدل نظری پیشرفت آن را نشان می‌دهد.
جون چن، سرپرست این مطالعه، استادیار مهندسی زیستی در UCLA Samueli، می‌گوید: «یافته‌های ما راه جدیدی را برای انرژی‌های عملی، سنجش و فناوری‌های درمانی که بدن انسان محور هستند و می‌توانند به اینترنت اشیا متصل شوند، باز می‌کند. چیزی که این فناوری را منحصر به فرد می‌کند این است که به افراد اجازه می‌دهد هنگام فشار دادن دستگاه به پوست انسان با کشش و حرکت راحت حرکت کنند و از آن‌جا که بیشتر به مغناطیس متکی است نه به الکتریسیته، رطوبت و عرق بدن تأثیر آن را به خطر نمی‌اندازد.»
چن و تیمش یک ژنراتور مغناطیسی کوچک و انعطاف‌پذیر ساختند که از ماتریس پلیمر سیلیکون کاتالیزور پلاتین و نانو آهنرباهای نئودیمیوم-آهن بور ساخته شده بود. سپس آن‌ها را با یک نوار سیلیکونی نرم و کشسان روی آرنج یک سوژه چسبانده‌اند. اثر مغناطیسی آن‌ها چهار برابر بیشتر از اندازه‌های مشابه با آلیاژهای فلز سفت و سخت بود. در نتیجه، دستگاه جریان الکتریکی 4.27 میلی آمپر بر سانتی‌متر مربع تولید می‌کند که 10000بار بهتر از بهترین فناوری قابل مقایسه بعدی است.
در واقع، ژنراتور مغناطیسی قابل انعطاف آن‌قدر حساس است که می‌تواند امواج نبض انسان را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کند و به عنوان یک مانیتور ضربان قلب خودکار و ضد آب عمل کند. همچنین می‌توان از برق تولیدشده برای تغذیه پایدار سایر وسایل پوشیدنی مانند سنسور عرق یا دماسنج استفاده کرد.
تلاش‌های مستمری برای تولید ژنراتورهای پوشیدنی وجود دارد که از حرکات بدن انسان به سنسورهای قدرت و سایر دستگاه‌ها انرژی می‌گیرند، اما عدم کاربردی بودن آن‌ها مانع چنین پیشرفتی شده است. به عنوان مثال، آلیاژهای فلزی سفت و سخت با اثر مغناطیس الاستیک به اندازه کافی خم نمی‌شوند تا بر روی پوست فشرده شده و سطوح معنی داری از قدرت را برای کاربردهای زنده ایجاد کنند.
سایر دستگاه‌هایی که به الکتریسیته ساکن متکی هستند این امکان را ندارند که انرژی کافی تولید کنند. عملکرد آن‌ها همچنین می‌تواند در شرایط مرطوب یا زمانی که عرق روی پوست وجود دارد آسیب ببیند. برخی سعی کرده‌اند چنین وسایلی را برای جلوگیری از آب محصور کنند، اما این امر کارایی آن‌ها را کاهش می‌دهد. با این حال، ژنراتورهای مغناطیسی پوشیدنی جدید تیم UCLA حتی پس از خیساندن به مدت یک هفته در عرق مصنوعی، به خوبی آزمایش شدند.
اختراع این فناوری توسط گروه توسعه فناوری UCLA ثبت شده است.
https://techxplore.com
