Baterija koja se nikada ne isprazni. Kako se napaja?

Ljudi su složeni strojevi s pokretnim dijelovima koji iznenađuju na mnogo načina. Znanstvenici su istog mišljenja da je čovjekov potencijal beskonačan. Znanstvenici i razvijatelji tehnologije spremni su koristiti ljudsko tijelo kao beskrajan izvor energije. Ako uspije, riješio bi veliki problem manjih nosivih uređaja, poput pametnih satova, slušalica, medicinskih i sličnih uređaja, koji često ostanu bez struje u krivo vrijeme.

Budućnost su uređaji s određenim stupnjem autonomije, uključujući automatsko punjenje baterije. Pitanje je samo odakle crpiti energiju koja je sveprisutna i „beskonačna“? Znanstvenici su došli do zaključka da ljudsko tijelo može biti pogodan izvor energije. Otkriće je došlo u pravo vrijeme, budući da je tržište nosivih uređaja eksplodiralo posljednjih godina.

Klasičnoj farmaciji i medicini protivi se takozvana “elektroceutika” jer stručnjaci predviđaju da će sve više ljudi ovisni o nosivim uređajima za praćenje i održavanje zdravlja, kao što su implantirani elektrostimulatori, pacemakeri, monitori krvnog tlaka i otkucaja srca.

„Biobaterije“ i proces prikupljanja energije iz vanjskih izvora mogli bi takve uređaje učiniti energetski autonomnima, čime bi se eliminirala potreba za invazivnim intervencijama zamjene praznih baterija. Ujedno bismo smanjili mogućnost nepravilno ugrađenih uređaja, njihovu infekciju ili neželjene naknadne pomake.

Od početka drugog tisućljeća struka razvija uređaje koje može pokretati ljudsko tijelo. Do sada nije bilo većih uspjeha. Tehnologija ili uređaji jednostavno su bili previšeč trošeći minimalne količine električne energije koje se mogu dobiti prirodnim procesima ljudskog tijela. Nakon dva desetljeća truda, stručnjaci su ipak uspjeli napraviti veliki iskorak. Zahvala ide i programerima nosivih uređaja koji su u zadnjih 10 godina uspjeli stvoriti uređaje koji troše iznimno malu količinu energije. Time su širom otvorili vrata idejama i prototipovima koji mogu iskoristiti snagu naših tijela.

Elektrana koju pokreću ćelije

Jednostavno rečeno, stanice su biokemijske baterije koje slatko gorivo pretvaraju u energiju. Njemački startup Celtro koristi ovaj izvor energije pomoću niza mikroiglica koje mogu izvući male količine energije iz većine baterija. sto tisućač Stanice. Prvi proizvod njemačke tvrtke bit će mali autonomni pacemaker. "Kontrakcija mišića, poput srca, počinje u jednom trenutku, a zatim se širi po srčanom mišiću", kaže izvršni direktor i suosnivač Gerd Teepe. “Naša je ideja bila prikupljati energiju na više bodova, s mjeračem vremena bismo iskoristili ovo valno djelovanje mišića." Osim prikupljanja energije, nekoliko namjenskih mikroiglica bit će umetnuto u tkivo srca za nadzor srca i pružanje pomoći; s električnom stimulacijom za ponovno uspostavljanje srčanog ritma kada je potrebno. U 2021. Celtro je uspješno prikupio dovoljno sredstava za pokretanje laboratorijskih studija kojima se dokazuje primjenjivost koncepta.

Gorivne ćelije od papira

Francuski startup BeFC razvija biobaterije sa zelenim vjerodajnicama. To znači da gorivna ćelija koristi slojeve ugljika, celuloze, glukoze i nekih vlasničkih enzima. Dodavanje tekućine, poput krvi ili urina, pokreće reakciju koja proizvodi elektricitet. Njihov proizvod, u obliku papirnatih zakrpa, mogao bi napajati jednokratne dijagnostičke uređaje i senzore za kontinuirano praćenje stanja, kao što su setovi za praćenje glukoze za dijabetičare. Gorivne ćelije se nakon upotrebe mogu čak i kompostirati, za razliku od drugih minijaturnih baterija koje na kraju završe na odlagalištima. BeFC je trenutno u fazi prikupljanja sredstava. Sa svojim proizvodima na tržište očekuju 2024. godine.

#141 središnji stimulator s piezoelektričnim kolektorom energije

CAIRDAC, sa sjedištem u Parizu, razvija pacemaker koji pokreće srce pacijenta. Bezvodni pacemaker upakiran je u kapsulu koja sadrži piezoelektrični skupljač energije “#128;“ visak koji se njiše kroz otkucaje srca, protok krvi i vibracije. Oscilacije se pretvaraju u električnu energiju i pohranjuju sve dok uređaj ne otkrije da je srcu potreban trzaj kako bi se ponovno uspostavio ritam. Startup tvrtka nedavno je prikupila 17 milijuna eura za nastavak pretkliničkih testiranja i prelazak na ispitivanja na ljudima.

Napajanje senzora i implantata solarnom energijom?

Solarne ćelije su se u posljednje dvije godine proširile na mnoge krovove kućanstava. Čak se i u Sloveniji u jednom trenutku dugo čekalo za uspostavu samostalne solarne elektrane. Istraživači sa Sveučilišta Monash u Melbourneu otkrili su da solarna ploča postavljena ispod kože može proizvesti do 10 % energije solarne ploče na izravnoj sunčevoj svjetlosti. To je dovoljno za napajanje uređaja s iznimno malom potrošnjom. Nekoliko sati punjenja na suncu bilo bi dovoljno za 24-satni rad temperaturnog senzora koji se može ugraditi u ljudsko tijelo. Prema istraživačima, optimalno mjesto za ugradnju solarne ploče je između vrata i ramena.

Hidroelektrično srce

Mini turbine mogle bi iskoristiti protok krvi i pretvoriti ga u električnu energiju, barem tako otkriva Sveučilište u Bernu. Tamošnji su istraživači osmislili turbinu u obliku torpeda koja bi se mogla ugraditi u krvnu žilu u srcu i tako uspostaviti metodu generiranja električne energije pomoću protoka krvi, na sličan način na koji radi hidroelektrana. Glavni izazov s kojim se aktivno bore je kako izbjeći stvaranje krvnih ugrušaka na lopaticama turbine. U laboratorijskim testovima, njihova je turbina uspjela generirati dovoljno energije za napajanje komercijalno dostupnih bezvodnih srčanih stimulatora.

Piezoelektrični flaster

Talijanski startup PiezoSkin tvrdi da je razvio ultratanak piezoelektrični flaster za kožu koji može istovremeno mjeriti ljudske pokrete i izvlačiti energiju iz njih. U jednoj od studija flaster je korišten za praćenje pokreta vrata kod osoba s disfagijom (problemima gutanja), ali se također mogao koristiti za praćenje i pumpanje mišića uz pomoć drugih tjelesnih pokreta i vibracija. Slično drugim prototipovima, zakrpe PiezoSkin također bi mogle proizvesti dovoljno energije za napajanje manjih uređaja.

Opskrba toplinom?

Ljudsko tijelo u prosjeku emitira 100 vata toplinske energije dnevno, što bi prema švicarskoj tvrtki Mithras moglo biti dovoljno za napajanje nosivih biosenzora i implantata. Njihovi termoelektrični izvori energije, poznati kao TEG, generiraju električnu energiju iskorištavanjem temperaturne razlike između tijela i okoline. Tvrtka procjenjuje da bi njihov TEG skin patch s temperaturnom razlikom od 5 stupnjeva Celzijusa mogao u potpunosti napajati kohlearni implantat.