Ιάπωνες επιστήμονες δημιούργησαν μια συσκευή ικανή να μετατρέπει τον ιδρώτα σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ιδέα φαίνεται τόσο αλλόκοτη που είναι δύσκολο να μην θέλει κανείς να μάθει πώς λειτουργεί.
Ιδρώνεις, εξατμίζεται και η στιγμή χάνεται. Τι θα γινόταν αν ο ίδιος ιδρώτας μπορούσε να τροφοδοτήσει το έμπλαστρο που μετρά την προπόνησή σου, χωρίς να συνδέσεις ποτέ τίποτα στην πρίζα; Αυτή είναι η ιδέα πίσω από μια νέα ιαπωνική μελέτη που προσπαθεί να κόψει το καλώδιο μεταξύ των φορετών αισθητήρων και των μπαταριών τους, αναφέρει το ecoticias.com.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον Αναπληρωτή Καθηγητή Isao Shitanda στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο αναφέρει ότι δημιούργησε ένα «μελάνι ενζύμου» με βάση το νερό, το οποίο μπορεί να εκτυπωθεί με μεταξοτυπία σε χαρτί για να κατασκευαστεί μια μικροσκοπική κυψέλη βιοκαυσίμου σε ένα μόνο στάδιο κατασκευής.
Οι συν-πρώτοι συγγραφείς Mahiro Omori και Mitsuru Hanasaki της RESONAC βοήθησαν στην ανάπτυξη της προσέγγισης και ο Shitanda είπε «πρέπει να φέρουμε στην αγορά ένα ενζυμικό μελάνι που μπορεί να εκτυπωθεί ομοιόμορφα και είναι κατάλληλο για μαζική παραγωγή».
Γιατί έχουν σημασία οι φορητές συσκευές που λειτουργούν με ιδρώτα
Τα φορετά επιθέματα που αναλύουν τον ιδρώτα είναι ελκυστικά επειδή μπορούν να παρακολουθούν τη χημεία του ιδρώτα χωρίς βελόνες. Αλλά τα περισσότερα εξακολουθούν να χρειάζονται μπαταρία, και αυτό προσθέτει όγκο, κόστος και την καθημερινή ταλαιπωρία της φόρτισης. Οι ερευνητές αναζητούν εναλλακτικές λύσεις που είναι λεπτές, εύκαμπτες και ασφαλείς για το δέρμα. Ο στόχος είναι μέτριος αλλά χρήσιμος, δηλαδή η παροχή αρκετής ενέργειας για αισθητήρες και σύντομα ασύρματα σήματα, όχι για την αντικατάσταση της μπαταρίας ενός τηλεφώνου.
Η βασική ιδέα πίσω από ένα ενζυματικό βιοκαύσιμο
Η συσκευή σε αυτή τη μελέτη είναι μια ενζυματική κυψέλη βιοκαυσίμου, μερικές φορές συντομευμένη σε EBFC. Σκεφτείτε την ως ένα μίνι εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιεί ένζυμα, τα οποία είναι φυσικοί «βοηθοί» στη βιολογία, για να επιταχύνουν τις αντιδράσεις που απελευθερώνουν ηλεκτρόνια.
Σε αυτήν την περίπτωση, το καύσιμο είναι το γαλακτικό, μια ένωση που ανέρχεται στον ιδρώτα κατά τη διάρκεια της άσκησης και μπορεί να λειτουργήσει ως ένα πρόχειρο σήμα προσπάθειας. Το ένζυμο τραβάει ηλεκτρόνια από το γαλακτικό στο ένα ηλεκτρόδιο, αυτά τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν μέσω ενός κυκλώματος και το οξυγόνο από τον αέρα βοηθά στην ολοκλήρωση της αντίδρασης στο άλλο ηλεκτρόδιο.
Το πραγματικό εμπόδιο ήταν η κατασκευή του σε εργοστασιακή κλίμακα
Για χρόνια, πολλά πρωτότυπα EBFC εργάζονταν στο εργαστήριο, αλλά δυσκολεύονταν στην κατασκευή. Μια συνηθισμένη μέθοδος ήταν η εκτύπωση ενός στρώματος άνθρακα, η προσθήκη σταγόνα-σταγόνα ενζυμικών διαλυμάτων και η αναμονή για να στεγνώσουν, κάτι που μπορεί να αφήσει ανομοιόμορφες επιστρώσεις.
Αυτή η ανομοιομορφία έχει σημασία, επειδή δύο ενημερώσεις κώδικα που κατασκευάζονται την ίδια ημέρα μπορούν να παράγουν διαφορετική ισχύ. Όταν μια συσκευή προορίζεται για την παρακολούθηση της εύρυθμης λειτουργίας, η συνέπεια δεν είναι κάτι που πρέπει να έχει κανείς – είναι το παν.
Τι διαφορετικό έχει το νέο «μελάνι ενζύμου»;
Αντί να προσθέτει ένζυμα αργότερα, η νέα προσέγγιση τα αναμειγνύει στο μελάνι από την αρχή. Η σύνθεση χρησιμοποιεί ένα πολύ πορώδες υλικό άνθρακα ως ικρίωμα, μαζί με «μεσολαβητές» που βοηθούν στην κίνηση ηλεκτρονίων και συστατικά με βάση το νερό που είναι πιο ήπια για τα εύθραυστα ένζυμα από πολλούς οργανικούς διαλύτες.
Το μελάνι έχει σχεδιαστεί για μεταξοτυπία, μια τεχνική που ωθεί το μελάνι μέσα από ένα πλέγμα σε μια επιφάνεια σε επαναλαμβανόμενα μοτίβα. Αυτό έχει σημασία επειδή η πλευρά οξυγόνου του στοιχείου, που ονομάζεται κάθοδος, ήταν ιδιαίτερα δύσκολο να εκτυπωθεί με σταθερό τρόπο, και η ομάδα αναφέρει ότι αυτή η μέθοδος καθιστά αυτό το βήμα εφικτό με ένα πέρασμα.
Τι έδειξαν οι εξετάσεις, σε καθημερινούς όρους
Οι αριθμοί ισχύος μπορεί να ακούγονται αφηρημένοι, επομένως είναι χρήσιμο να τους μεταφράσουμε. Η τάση είναι η «ώθηση» που κινεί την ηλεκτρική ενέργεια, ενώ η πυκνότητα ισχύος είναι η ποσότητα ενέργειας που λαμβάνετε για μια δεδομένη περιοχή.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, το κύτταρο έφτασε τα 0,63 βολτ και μέγιστη πυκνότητα ισχύος 165 μικροβάτ ανά τετραγωνικό εκατοστό, η οποία αντιστοιχεί σε περίπου 1,1 μιλιβάτ ανά τετραγωνική ίντσα, και οι ερευνητές ανέφεραν καλύτερη σταθερότητα από τις παλαιότερες επιστρώσεις χύτευσης με σταγόνα.
Ανέφεραν επίσης ότι το έμπλαστρο μπορεί να μετρήσει το γαλακτικό οξύ σε όλα τα επίπεδα ιδρώτα που παρατηρούνται κατά τη διάρκεια της άσκησης, περίπου 1 έως 25 χιλιοστογραμμομόρια ανά λίτρο, και έδειξε εκτύπωση από ρολό σε ρολό σε απόσταση περίπου 400 μέτρων, περίπου 1.300 πόδια, με πιθανό κόστος κοντά στα 10 ιαπωνικά γιεν ανά έμπλαστρο ή περίπου 0,06 δολάρια χρησιμοποιώντας τις πρόσφατες συναλλαγματικές ισοτιμίες κοντά στα 159 γιεν ανά δολάριο.
Αυτά τα στοιχεία είναι ακόμα μικρά, αλλά βρίσκονται σε εύρος που μπορεί να λειτουργήσει με αισθητήρες χαμηλής ισχύος και σύντομες μεταδόσεις Bluetooth Low Energy . Δεν απαιτείται φορτιστής τοίχου, τουλάχιστον κατ’ αρχήν.
Τι πρέπει να συμβεί πριν φτάσει στον καρπό σας
Ένα έμπλαστρο που τροφοδοτείται από τον ιδρώτα πρέπει να επιβιώσει στην πραγματική ζωή, συμπεριλαμβανομένης της κάμψης, της τριβής και της έντονης υγρασίας. Τα χάρτινα υποστρώματα χρειάζονται επίσης επιστρώσεις ή σχέδια που διατηρούν σταθερή την απόδοση όταν αλλάζουν τα ποσοστά εφίδρωσης, όπως η διαφορά μεταξύ ενός δροσερού βραδινού περιπάτου και της κολλώδους καλοκαιρινής ζέστης μετά από ένα δύσκολο τρέξιμο.
Υπάρχει επίσης το ερώτημα τι πραγματικά σημαίνουν οι μετρήσεις για τις αποφάσεις σχετικά με την υγεία. Το γαλακτικό οξύ στον ιδρώτα μπορεί να παρακολουθεί την προσπάθεια ως επί το πλείστον, αλλά δεν αποτελεί άμεση εξέταση αίματος, επομένως οι ερευνητές θα χρειαστούν μεγαλύτερες μελέτες που να συνδέουν τα δεδομένα από τα επιθέματα με σαφείς κλινικές συμβουλές ή συμβουλές προπόνησης.
Η ιδέα δεν προκύπτει από το πουθενά. Σε μια μελέτη του 2021, η ίδια ερευνητική ομάδα περιέγραψε μια συστοιχία κυψελών βιοκαυσίμου γαλακτικού οξέος με βάση το χαρτί που παρήγαγε 3,66 βολτ και 4,3 μιλιβάτ, αρκετά για να λειτουργήσει μια συσκευή Bluetooth χαμηλής ισχύος σε μια επίδειξη.
