De komst van goedkope draagbare sensoren die hartslag en lichaamstemperatuur kunnen controleren, evenals niveaus van bloedsuiker en metabole bijproducten, heeft onderzoekers en gezondheidswerkers in staat gesteld de menselijke gezondheid te monitoren op manieren die voorheen nooit mogelijk waren. Maar zoals alle elektronische apparaten, deze draagbare sensoren hebben een stroombron nodig. Batterijen zijn een optie, maar zijn niet per se ideaal omdat ze omvangrijk kunnen zijn, zwaar, en leeg raken.

Wei Gao van Caltech, assistent-professor medische technologie aan de afdeling medische technologie van Andrew en Peggy Cherng, heeft deze sensoren ontwikkeld, evenals nieuwe benaderingen om ze van stroom te voorzien met behulp van het menselijk lichaam zelf. Eerder, hij creëerde een sensor die gezondheidsindicatoren in menselijk zweet kan controleren dat wordt aangedreven door zweet zelf.

Nutsvoorzieningen, Gao heeft een nieuwe manier ontwikkeld om draadloze draagbare sensoren van stroom te voorzien:hij oogst kinetische energie die door een persoon wordt geproduceerd terwijl ze zich verplaatsen.

Deze energiewinning gebeurt met een dunne sandwich van materialen (Teflon, koper, en polyimide) die aan de huid van de persoon zijn gehecht. Als de persoon beweegt, deze vellen materiaal wrijven tegen een glijlaag van koper en polyimide, en wekken kleine hoeveelheden elektriciteit op. Het effect, bekend als tribo-elektriciteit, wordt misschien het best geïllustreerd door de statische elektrische schok die iemand kan krijgen nadat hij over een vloerbedekking heeft gelopen en vervolgens een metalen deurknop heeft aangeraakt.

"Onze tribo-elektrische generator, ook wel een nanogenerator genoemd, heeft een stator, die aan de romp is bevestigd, en een schuif, die aan de binnenkant van de arm is bevestigd. De schuif schuift tegen de stator tijdens menselijke beweging, en, tegelijkertijd wordt een elektrische stroom opgewekt, " zegt Gao. "Het mechanisme is vrij eenvoudig. Wrijving resulteert in elektrische opwekking. Dit is niet iets nieuws, conceptueel."

Wat is nieuw, Gao zegt, zo heeft het onderzoeksteam de nanogenerator gemaakt.

"In plaats van fancy materialen te gebruiken, we gebruiken in de handel verkrijgbare flexibele printplaten, " zegt hij. "Dit materiaal is goedkoop en zeer duurzaam en mechanisch robuust gedurende lange perioden."

De nanogenerator wekt niet veel elektriciteit op; inderdaad, men zou een apparaat nodig hebben met een oppervlakte van 100 vierkante meter om een ​​gloeilamp van 40 watt van stroom te voorzien. Echter, Gao's draagbare sensoren hebben een laag stroomverbruik, en het systeem slaat opgewekte elektriciteit op in een condensator totdat er voldoende lading is om de sensor te meten en de gegevens draadloos via Bluetooth naar een mobiele telefoon te sturen. Hoe meer iemand beweegt, hoe vaker de sensor data kan verzamelen. Zelfs als de persoon redelijk sedentair is, echter, de sensor zal uiteindelijk genoeg vermogen verzamelen om te werken.

Gao wil uiteindelijk zijn draagbare sensoren laten werken met stroom die via meerdere methoden wordt opgewekt. Bijvoorbeeld, een draagbaar apparaat kan elektriciteit gebruiken die wordt opgewekt door zweet, een tribo-elektrische generator, en kleine draagbare zonnepanelen.

Het artikel waarin het onderzoek wordt beschreven, getiteld, "Draadloze, batterijloze draagbare zweetsensor aangedreven door menselijke beweging, " verschijnt in nummer 40 van het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .