Una batteria che non si scarica mai. Come viene alimentato?

Gli esseri umani sono macchine complesse con parti in movimento che sorprendono in molti modi. Gli scienziati sono della stessa opinione secondo cui il potenziale dell'uomo è infinito. Scienziati e sviluppatori di tecnologia sono pronti a utilizzare il corpo umano come fonte inesauribile di energia. In caso di successo, risolverebbe il problema principale dei dispositivi indossabili più piccoli, come orologi intelligenti, cuffie, dispositivi medici e simili, che spesso si scaricano nel momento sbagliato.

Il futuro sono i dispositivi con un certo grado di autonomia, inclusa la ricarica automatica della batteria. L'unica domanda è: dove attingere l'energia che è onnipresente e "infinita"? Gli scienziati sono giunti alla conclusione che il corpo umano può essere una comoda fonte di energia. La scoperta è arrivata al momento giusto, poiché negli ultimi anni il mercato dei dispositivi indossabili è esploso.

I cosiddetti “elettroceutici” si oppongono alla farmacia e alla medicina classica, perché gli esperti prevedono che sempre più persone dipendenti da dispositivi indossabili per il monitoraggio e il mantenimento della salute, come elettrostimolatori impiantati, pacemaker, misuratori di pressione sanguigna e frequenza cardiaca.

Le “biobatterie” e il processo di raccolta dell'energia da fonti esterne potrebbero rendere tali dispositivi energeticamente autonomi, eliminando così la necessità di interventi invasivi per sostituire le batterie scariche. Allo stesso tempo ridurremmo la possibilità di dispositivi impiantati in modo errato, della loro infezione o di movimenti successivi indesiderati.

Dall'inizio del secondo millennio, la professione ha sviluppato dispositivi che possono essere alimentati dal corpo umano. Finora non ci sono stati grandi successi. La tecnologia o i dispositivi erano semplicemente eccessivič consumando quantità minime di energia elettrica che può essere ottenuta attraverso i processi naturali del corpo umano. Dopo due decenni di sforzi, tuttavia, gli esperti sono riusciti a fare un grande passo avanti. Un ringraziamento va anche agli sviluppatori di dispositivi indossabili, che negli ultimi 10 anni sono riusciti a creare dispositivi che consumano una quantità estremamente ridotta di energia. Con questo, hanno spalancato la porta a idee e prototipi che possono sfruttare la potenza dei nostri corpi.

Una centrale elettrica alimentata da cellule

In poche parole, le cellule sono batterie biochimiche che convertono il dolce combustibile in energia. La startup tedesca Celtro sfrutta questa fonte di energia utilizzando serie di microaghi in grado di estrarre piccole quantità di energia dalla maggior parte delle batterie. centomilač cellule. Il primo prodotto dell'azienda tedesca sarà un piccolo pacemaker autonomo. "La contrazione muscolare, come il cuore, inizia ad un certo punto e poi si diffonde in tutto il muscolo cardiaco", afferma Gerd Teepe, CEO e co-fondatore. “La nostra idea era quella di raccogliere energia su più punti, con un timer sfrutteremmo questa azione ondulatoria del muscolo." Oltre a raccogliere energia, diversi microaghi dedicati verranno inseriti nel tessuto cardiaco per monitorare il cuore e fornire assistenza; con stimolazione elettrica per ripristinare il ritmo cardiaco quando necessario. Nel 2021, Celtro ha raccolto con successo fondi sufficienti per avviare studi di laboratorio per dimostrare l'applicabilità del concetto.

Celle a combustibile di carta

La startup francese BeFC sta sviluppando biobatterie con credenziali ecologiche. Ciò significa che la cella a combustibile utilizza strati di carbonio, cellulosa, glucosio e alcuni enzimi proprietari. L'aggiunta di un liquido, come sangue o urina, innesca una reazione che produce elettricità. Il loro prodotto, sotto forma di cerotti di carta, potrebbe alimentare dispositivi diagnostici usa e getta e sensori per il monitoraggio continuo delle condizioni, come i kit di monitoraggio del glucosio per i diabetici. Dopo l’uso, le celle a combustibile possono anche essere compostate, a differenza di altre batterie in miniatura che finiscono nelle discariche. BeFC è attualmente in fase di raccolta fondi. Si aspettano di arrivare sul mercato con i loro prodotti nel 2024.

#141 stimolatore centrale con collettore di energia piezoelettrico

CAIRDAC, con sede a Parigi, sta sviluppando un pacemaker alimentato dal cuore del paziente. Il pacemaker senz’acqua è confezionato in una capsula contenente un raccoglitore di energia piezoelettrico “#128;“ un pendolo che oscilla attraverso il battito cardiaco, il flusso sanguigno e le vibrazioni. Le oscillazioni vengono convertite in elettricità e immagazzinate finché il dispositivo non rileva che il cuore ha bisogno di una scossa per ripristinare il ritmo. La startup ha recentemente raccolto 17 milioni di euro per continuare i test preclinici e il passaggio alla sperimentazione umana.

Alimentare sensori e impianti con l'energia solare?

Negli ultimi due anni le celle solari si sono diffuse su molti tetti delle case. Anche in Slovenia ad un certo punto c'era una lunga fila d'attesa per la realizzazione di una centrale solare indipendente. I ricercatori della Monash University di Melbourne hanno scoperto che un pannello solare posizionato sotto la pelle è in grado di produrre fino a 10 % di energia solare alla luce solare diretta. Questo è sufficiente per alimentare dispositivi con consumi estremamente bassi. Basterebbero poche ore di ricarica al sole per il funzionamento 24 ore su 24 di un sensore di temperatura che può essere impiantato nel corpo umano. Secondo i ricercatori, il punto ottimale per l'impianto del pannello solare è tra il collo e la spalla.

Cuore idroelettrico

Le miniturbine potrebbero sfruttare il flusso sanguigno e convertirlo in elettricità, almeno questo è ciò che sta scoprendo l'Università di Berna. I ricercatori hanno progettato una turbina a forma di siluro che potrebbe essere impiantata in un vaso sanguigno nel cuore e stabilire così un metodo per generare elettricità utilizzando il flusso sanguigno, in modo simile a come funziona l'energia idroelettrica. Una delle sfide più importanti che stanno affrontando attivamente è come evitare la formazione di coaguli di sangue sulle pale delle turbine. Nei test di laboratorio, la loro turbina è stata in grado di generare energia sufficiente per alimentare i pacemaker senz’acqua disponibili in commercio.

Patch piezoelettrico

La startup italiana PiezoSkin afferma di aver sviluppato un cerotto piezoelettrico ultrasottile in grado di misurare contemporaneamente i movimenti umani ed estrarne energia. In uno degli studi, il cerotto è stato utilizzato per monitorare il movimento del collo in persone con disfagia (problemi di deglutizione), ma potrebbe anche essere utilizzato per monitorare e pompare i muscoli con l'aiuto di altri movimenti e vibrazioni del corpo. Analogamente agli altri prototipi, anche i patch PiezoSkin potrebbero produrre energia sufficiente per alimentare dispositivi più piccoli.

Fornitura di calore?

In media, il corpo umano emette 100 watt di energia termica al giorno che, secondo l’azienda svizzera Mithras, potrebbero essere sufficienti per alimentare biosensori e impianti indossabili. I loro alimentatori termoelettrici, detti TEG, generano energia elettrica sfruttando la differenza di temperatura tra il corpo e l'ambiente. L'azienda stima che il loro cerotto cutaneo TEG con una differenza di temperatura di 5 gradi Celsius potrebbe alimentare completamente un impianto cocleare.