Питание носимых сенсоров движением человека: прорыв в сборе энергии

Появление недорогих носимых сенсоров, способных мониторить частоту сердечных сокращений, температуру тела и уровни сахара в крови и метаболических побочных продуктов, позволило исследователям наблюдать за здоровьем человека как никогда раньше. Но как и все электронные устройства, эти носимые сенсоры нуждаются в источнике питания. Батареи — вариант, но не обязательно идеальный, потому что они могут быть громоздкими, тяжелыми и садиться.

Исследователи теперь разработали способ питания беспроводных носимых сенсоров за счет сбора кинетической энергии, производимой человеком при движении. Этот сбор энергии осуществляется тонким сэндвичем из материалов (тефлон, медь и полиимид), прикрепленным к коже человека. По мере движения человека эти листы материала трются о скользящий слой из меди и полиимида и генерируют небольшие количества электричества. Эффект, известный как трибоэлектричество, возможно, лучше всего иллюстрируется статическим электрическим ударом, который человек может получить после ходьбы по коврованному полу и последующего касания металлической ручки двери.

Трибоэлектрический генератор (наногенератор) имеет статор, закрепленный на туловище, и скользящий элемент, прикрепленный к внутренней стороне руки. Скользящий элемент скользит по статору во время движения человека и электрический ток генерируется одновременно. Наногенератор сделан из коммерчески доступных гибких печатных плат.

Наногенератор не создает много электричества; понадобилось бы устройство с 100 квадратными метрами площади поверхности, чтобы запитать 40-ваттную лампочку. Носимые сенсоры имеют низкие энергопотребности, и система накапливает сгенерированное электричество в конденсаторе, пока не накопится достаточно заряда для снятия показаний с сенсора и беспроводной передачи данных на мобильный телефон через Bluetooth. Чем больше человек движется, тем чаще сенсор может собирать данные. Даже если человек довольно сиден, однако, сенсор в конечном счете накопит достаточно энергии для работы.