Voel je je extra bezweet door een zomerse hittegolf? Maak je geen zorgen - niet al je transpiratie hoeft verloren te gaan. In een paper die op 13 juli in het tijdschrift wordt gepubliceerd Joule , onderzoekers hebben een nieuw apparaat ontwikkeld dat energie haalt uit het zweet op - van alle plaatsen - je vingertoppen. Daten, het apparaat is de meest efficiënte on-body energy harvester die ooit is uitgevonden, het produceren van 300 millijoule (mJ) energie per vierkante centimeter zonder enige mechanische energie-invoer tijdens een slaap van 10 uur en nog eens 30 mJ energie met een enkele druk van een vinger. De auteurs zeggen dat het apparaat een belangrijke stap voorwaarts betekent voor zelfvoorzienende draagbare elektronica.

"Normaal gesproken, u wilt een maximaal rendement op uw investering in energie. Je wilt niet veel energie verbruiken door te sporten om maar een beetje energie terug te krijgen, " zegt senior auteur Joseph Wang, een professor in nano-engineering aan de Universiteit van Californië in San Diego. "Maar hier, we wilden een apparaat maken dat is aangepast aan dagelijkse activiteiten en dat bijna geen energie-investering vereist - je kunt het apparaat volledig vergeten en gaan slapen of aan je bureau werken, zoals typen, maar toch energie blijven opwekken. Je kunt het 'kracht door niets te doen' noemen."

Eerdere op zweet gebaseerde energie-apparaten vereisten intensieve training, zoals veel hardlopen of fietsen, voordat de gebruiker genoeg zweette om de energieopwekking te activeren. Maar de grote hoeveelheid energie die tijdens het sporten wordt verbruikt, kan de geproduceerde energie gemakkelijk tenietdoen, vaak resulterend in een energierendement op de investering van minder dan 1%.

In tegenstelling tot, dit apparaat valt in wat de auteurs de "heilige graal" categorie van energieoogsters noemen. In plaats van te vertrouwen op externe, onregelmatige bronnen zoals zonlicht of beweging, het enige dat nodig is, is vingercontact om meer dan 300 mJ energie te verzamelen tijdens de slaap - wat volgens de auteurs voldoende is om wat kleine draagbare elektronica van stroom te voorzien. Aangezien er geen beweging nodig is, de verhouding tussen geoogste energie en geïnvesteerde energie is in wezen oneindig.

Het lijkt misschien vreemd om vingertoppen te kiezen als de bron van dit zweet, zeggen, de oksels, maar eigenlijk, vingertoppen hebben de hoogste concentratie zweetklieren in vergelijking met ergens anders op het lichaam.

"Het genereren van meer zweet bij de vingers is waarschijnlijk geëvolueerd om ons te helpen dingen beter vast te houden, " zegt eerste co-auteur Lu Yin, een nano-engineering Ph.D. student aan het werk in het lab van Wang. "De zweetsnelheid op de vinger kan oplopen tot enkele microliters per vierkante centimeter per minuut. Dit is significant in vergelijking met andere locaties op het lichaam, waar de zweetsnelheid misschien twee of drie orden van grootte kleiner is."

Het apparaat dat de onderzoekers in dit onderzoek hebben ontwikkeld, is een soort energieoogstmachine, een biobrandstofcel (BFC) genaamd, en wordt aangedreven door lactaat, een opgeloste stof in zweet. Van de buitenkant, het ziet eruit als een eenvoudig stuk schuim dat is verbonden met een circuit met elektroden, die allemaal is bevestigd aan het kussentje van een vinger. Het schuim is gemaakt van koolstof nanobuis materiaal, en het apparaat bevat ook een hydrogel die de zweetabsorptie helpt maximaliseren.

"De grootte van het apparaat is ongeveer 1 vierkante centimeter. Het materiaal is ook flexibel, dus je hoeft je geen zorgen te maken dat het te rigide is of raar aanvoelt. Je kunt het comfortabel voor een langere tijd dragen, ' zegt Yin.

Binnen het apparaat, er vindt een reeks elektrochemische reacties plaats. De cellen zijn voorzien van een bio-enzym op de anode dat oxideert, of verwijdert elektronen uit, het lactaat; de kathode wordt afgezet met een kleine hoeveelheid platina om een ​​reductiereactie te katalyseren die het elektron nodig heeft om zuurstof in water om te zetten. Zodra dit gebeurt, elektronen stromen van het lactaat door het circuit, het creëren van een stroom van elektriciteit. Dit proces verloopt spontaan:zolang er lactaat is, er is geen extra energie nodig om het proces op gang te brengen.

Los van maar complementair aan de BFC, piezoelectric generators—which convert mechanical energy into electricity—are also attached to the device to harvest up to 20% additional energy. Relying on the natural pinching motion of fingers or everyday motions like typing, these generators helped produce additional energy from barely any work:a single press of a finger once per hour required only 0.5 mJ of energy but produced over 30 mJ of energy, a 6, 000% return in investment.

The researchers were able to use the device to power effective vitamin C- and sodium-sensing systems, and they are optimistic about improving the device to have even greater abilities in the future, which might make it suitable for health and wellness applications such as glucose meters for people with diabetes. "We want to make this device more tightly integrated in wearable forms, like gloves. We're also exploring the possibility of enabling wireless connection to mobile devices for extended continuous sensing, " Yin says.

"There's a lot of exciting potential, " says Wang. "We have ten fingers to play with."