運動、ウェアラブル装置、汗および電気

人体を使って電子機器に電力を供給することができたらどうなりますか？カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）のある科学者グループがこれをやっています。

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エネルギー・環境科学誌に掲載された記事で、著者らは最近、人間の汗から電気を発生させる柔軟な皮膚パッチの発明を報告した。

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「これは電池のようだが、その力は乳酸塩と呼ばれる化学物質によって生成される」と、Amay Bandodkarはこの論文の最初の著者で、Healthlineに語った。

ノースウェスタン大学のポスドク研究員であるBandodkarは最近、UCSDでナノ工学の博士号を取得しました。

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「汗中の乳酸塩は基本的にこのパッチによって消費され、他の医療機器に電力を供給するのに使用できる電気を生成する」と彼は述べた。

<！このパッチは、0.5ボルトの開回路電圧と、約1.2ミリワット/​​センチメートル平方の電力密度を示す。

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これは、ウェアラブルバイオ燃料電池について現在までに記録された最高出力密度を表す。実際、これまでのデバイスに比べて約10倍強力です。

これまでのところ、開発者はこのパッチを使用して、発光ダイオード（LED）とBluetooth Low Energy（BLE）無線機に電力を供給してきました。

<！将来的には、それは着用者の健康と健康を監視するように設計されたセンサーに電力を供給するために使用されると考えられています。

「今、我々はこれらの着用可能なセンサと、かさばる電池を必要とするシステムをすべて持っています。そして、何度も、バッテリーの重量は実際のデバイスの重量よりもはるかに高いです」とBandodkar氏は説明します。 "しかし、このパッチであなたが持っているものは、あなたの体から電気を生成し、それを使用して他のウェアラブルシステムに電力を供給することができる身体エネルギーハーベスティングシステムです。嵩張った電池の必要性を排除することにより、装着可能なバイオ燃料電池は、身体に装着することができる小型で軽い医療機器を開発するのに役立つかもしれない。

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皮膚に十分な伸縮性

より多くの研究が必要な一方で、このパッチはウェアラブルバイオ燃料細胞の分野における重要な発展を表しています。

高い出力密度を示すことに加えて、それは人体に適合するのに十分柔軟でもある。

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「着用可能なデバイスを作るために、我々は非常にフレキシブルで伸縮性のあるものにしなければならない」と、UCSDの論文と2年生博士論文の共同著者であるYue Gu氏はHealthlineに語った。

そうでなければ、デバイスは、動きの歪みの下で壊れます。フレキシブルなデバイスを作成するために、研究者らは、剛性3Dカーボンナノチューブ構造を伸縮可能な「島ブリッジ」構成に配置した。この設計では、強固に結合された島は蛇行ブリッジによって接続されている。それらが動くと、ブリッジは巻き戻され、変形する。

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これにより、橋はストレスに適応し、島の歪みを制限することができます。

「我々は、これらの3次元カーボンナノチューブ構造に多くの活性なバイオ燃料電池材料を組み込むことができました」とBandodkar氏は説明する。そして、これらの孤立した島々の上にこれらの堅い構造物を置くことができました。だから私たちがそれを伸ばすときでさえ、これらの構造によって伸びのどれも経験されなかった。 "

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"これは、やはり柔らかい伸縮性を備えたまま、高出力密度を維持することができた方法です」とBandodkar氏は付け加えました。この革新的なアプローチにより、ストレッサーを繰り返しても、2日間安定したパワーを生成することができるウェアラブルバイオ燃料電池を開発することができました。

Guによると、バイオ燃料電池をアイランドブリッジ設計に組み込んだ最初のデバイスです。

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コラボレーションが重要

このようなデバイスを開発するには、学際的なチームワークが不可欠です。

UCSDの3つの異なる研究グループのメンバーが共同研究者Joseph Wang、PhDによるグループを含むこのプロジェクトに参加した。 Sheng Xu、PhD; Patrick Mercier、PhD。

「王教授のグループは、バイオ燃料電池の有効成分を製造する専門知識を持っている」とBandodkar氏は説明する。 "徐教授のグループは、これらのソフトで伸縮性のある島の橋の構造を作る専門知識を持っています。メルシエ教授のグループは、低エネルギーのエレクトロニクスでの経験があります。 "

これまで、これらのグループの研究者は、他の着用可能な技術にも取り組んできました。例えば、Bandodkar、Wang、および同僚は以前に、電解質およびグルコースレベルを監視するように設計された入れ墨状のセンサーを開発した。

彼らは、バイオ燃料電池皮膚パッチがそのようなセンサーに電力を供給するために使用できるかどうかを学ぶことに興味を持っています。

「このようなことに取り組んでいた時、電池は常に問題である」とBandodkar氏は話す。 "今、私たちがやりたいことは、化学センサーに電力を供給するためにこれらのバイオ燃料電池を使用することです。それは私たちが探検の過程にあるものです。バイオ燃料電池皮膚パッチの作成者は、学際的な協力を通じ、着用可能な健康センサおよびシステムの分野を推進しています。