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Dispositivi indossabili: più sudi e più ti ricarichi

I Wearable Device (dispositivi indossabili) si stanno sempre di più avvicinando alle tecnologie mostrateci dai più grandi film di fantascienza, integrando sempre nuove funzionalità e permettendo una connessione wireless (ad esempio Bluetooth) tra più dispositivi, tutto questo con un dispendio energetico non indifferente.

La corsa alle energie rinnovabili non si arresta, tantomeno negli ambiti healthcare e fitness

Un’alternativa eco-sostenibile alle batterie è però possibile per questo tipo di dispositivi: l’Energy Harvesting (o energia racimolata), ovvero il processo mediante il quale l’energia proveniente da fonti alternative (siano esse ambientali, cinetiche o derivate da prodotti di scarto), viene catturata e stoccata, per essere poi convertita in energia elettrica pronta per l’uso.

Ricercatori ed ingegneri hanno sviluppato tutta una serie di generatori innovativi che sfruttano l’energy-harvesting. Molti di loro si sono focalizzati sulla produzione di energia elettrica tramite conversione dell’energia cinetica sviluppata dai movimenti del corpo umano quali, ad esempio, la camminata e la contrazione di muscoli. Un gruppo di studio multidisciplinare, formato dai ricercatori del CNRS dell’Université de Grenoble Alpes, specializzati in Biochimica, e dai ricercatori dell’University of California (UC) San Diego, specializzati in Nanotecnologie e Biosensori, ha però avuto un’idea ancora più rivoluzionaria: sviluppare energia elettrica dalla traspirazione.

Dispositivo basato su tecnologia di energy-harvesting capace di produrre energia dalla camminata. Credit: The Chinese University of Hong Kong

La pila a sudore: come funziona?

Il generatore proposto è una vera e propria cella a combustibile ad alta tecnologia; una pila indossabile sul braccio, nella quale il sudore è utilizzato come elettrolita per generare elettricità. Essa è formata essenzialmente da quattro componenti:

  1. enzimi capaci di ridurre l’ossigeno e ossidare il lattato presenti nel sudore;
  2. elettrodi che hanno la funzione di generare corrente elettrica a partire dalle reazioni di ossido-riduzione promosse dagli enzimi. Per fabbricarli, sono stati utilizzati dei nanotubi di carbonio così da sfruttare l’alta mobilità elettronica che caratterizza questo materiale;
  3. strati di polimeri reticolati che attribuiscono alla cella flessibilità ed adattamento alla deformazione;
  4. connettori deformabili che interconnettono gli elettrodi tra di loro. Essi sono direttamente stampati nel materiale polimerico attraverso la tecnica dello screen-printing.

Dispositivi indossabili ricarica sudore
Studio delle proprietà meccaniche ed elettorniche della cella sotto deformazione. Credits: Xiaohong Chen, Département de chimie moléculaire (CNRS/Université Grenoble Alpes)

Cella indossabile fissata sul braccio alimenta un LED fissato sull’avambraccio. Credits: Xiaohong Chen, Département de chimie moléculaire (CNRS/Université Grenoble Alpes)

I ricercatori del team hanno dimostrato che essa può tenere in accensione un LED in modo continuo sfruttando un amplificatore di voltaggio.

Pur essendo un dispositivo potenzialmente rivoluzionario, questa cella presenta attualmente dei limiti di voltaggio: può produrre una tensione a circuito aperto di 0.74 V (una pila AA ha una tensione nominale tra i 1.25 V ed i 1.65 V). L’obiettivo a lungo termine dei ricercatori sarà quello di superare questo limite, permettendo l’alimentazione di più dispositivi indossabili veri e propri. Dopotutto si sa, in ingegneria, come in altri ambiti, per compiere delle rivoluzioni si deve essere disposti a “sudare un po’“.

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Giuseppe Cardonehttps://biomedicalpills.wordpress.com/
Laureato in Ingegneria biomedica al Politecnico di Torino. Partigiano dell'interdisciplinarità: ama disgregare, analizzare e fondere concetti e conoscenze appartenenti a campi apparentemente antitetici (Scienza, Arte, Musica, cultura pop...). Questo approccio gli ha spesso regalato veri e propri disastri culinari; eppure lui non si arrende.