Датчик серцевих скорочень, що носиться, навчили виробляти собі енергію

Вчені з Японії та Кореї створили гнучкий датчик серцевих скорочень, який самостійно виробляє енергію для своєї роботи за допомогою еластичної сонячної панелі. Можливість використання його для реєстрації серцевої активності була підтверджена на щурах і людині, розповідають автори в.

Розробники носимих пристроїв припускають, що в майбутньому вони будуть повністю виконані з гнучких і розтягуваних матеріалів, що не заважають людині. Частина технологій, необхідних для створення таких пристроїв вже створена, але поки деякі компоненти, особливо джерела живлення, складно зробити повністю задовольняють потреби гнучкої електроніки. На початку 2018 року вчені під керівництвом Такао Сомея (Takao Someya) з японського Інституту фізико-хімічних досліджень (RIKEN) представили гнучкі сонячні панелі, які можна наносити на тканину або інші гнучкі підкладки.

У своїй новій роботі Такао Сомея і його колеги створили на базі гнучких сонячних панелей повноцінний пристрій з датчиком розтягнення, здатний виробляти достатньо енергії для його роботи. Як джерело живлення дослідники використовували органічну фотовольтаїчну панель на основі полімерної підкладки, проте зазвичай гнучкі органічні панелі мають помітно меншу ефективність, ніж жорсткі. Розробники вирішили цю проблему, створивши регулярні повторювані наноструктури на поверхні активного шару панелі. Для цього дослідники вибрали незвичайний спосіб - вони взяли DVD-диск, на записуючій площині якого розташовуються регулярні випираючі структури з підходящим дослідникам розміром і періодом. Вчені зняли з диска захисний шар і перенесли мікроструктуру диска на поверхню полімерної пластини, яку потім використовували як штамп, що віддруковує свою структуру на шарах сонячної панелі під час її виробництва.

Після створення безлічі прототипів гнучких сонячних панелей розробники протестували їхні властивості і з'ясували, що їх коефіцієнт корисної дії становить майже десять відсотків. Крім того, дослідники перевірили зносостійкість панелей. Після 900 циклів стиснення вони продовжили працювати, але ефективність знизилася на чверть.

Після того, як розробники переконалися в працездатності самих сонячних панелей, вони створили на їх основі пристрій, здатний вимірювати частоту серцебиття. Для цього дослідники додали до сонячної панелі органічний електрохімічний транзистор. Якщо закріпити пристрій на пальці, а електрод на грудях, що відходить від нього, то виникає через серцеві скорочення різниця потенціалів буде виступати як напруга зміщення транзистора, що впливає на провідність його каналу.

Випробування пристрою на людині і щурі показали, що зі зміни струму витоку на транзисторі можна чітко розрізняти серцеві скорочення. Варто відзначити, що незважаючи на те, що пристрій отримує достатньо енергії для своєї роботи з сонячного світла або штучного освітлення, знімати його показання все одно необхідно за допомогою зовнішнього пристрою, тому його не можна вважати повністю автономним.

Багато вчених вважають не менш перспективним джерелом енергії для гнучких носимих пристроїв трибоелектричні генератори, що перетворюють механічну енергію на електричну. У цій області вже є розробки з досить високими характеристиками. Наприклад, на початку 2018 року китайські дослідники створили на основі м'ятої золотої фольги генератор площею 1,5 квадратних сантиметра, здатний живити від розтягнення та інших рухів 48 світлодіодів. Частина розробників трибоелектричних генераторів намагаються не тільки підвищити їх ефективність, а й надати їм інші властивості, важливі при реальному використанні. Наприклад, існують прототипи прозорих трибоелектричних генераторів, або тканин на їх основі, які можна м'яти і мити, не руйнуючи.