Nosivi elektronički uređaji i biosenzori izvrsni su alati za praćenje zdravlja, ali problem je kako ih pogoniti. Japanski znanstvenici razvili su sustav koji električnu energiju stvara iz tjelesnih tekućina.
Nakon džepnih pametnih telefona koji bi mogli posramiti stara stolna računala i raznih mogućnosti bežičnog povezivanja, došao je red i na nosive biosenzore. Ovi maleni uređaji nose se izravno na koži i mjere određene biosignale, a rezultate mjerenja bežično šalju na pametne telefone ili računala, kako bi se pratilo zdravlje korisnika.
Ljudsko tijelo kao izvor napajanja
Iako su znanstvenici razvili mnoge vrste fleksibilnih sklopova i elektroda za nosive uređaje, izazov je pronaći odgovarajući izvor energije za nosive biosenzore. Tradicionalne baterije, poput onih koje se koriste u ručnim satovima i džepnim kalkulatorima, debele su i glomazne, one tanje imaju problem s kapacitetom i sigurnošću. No, što bi bilo kad bismo mi sami postali izvor napajanja naših nosivih uređaja?
Japanski istraživači predvođeni profesorom Isaom Shitandom s tokijskog sveučilišta istražuju učinkovite načine korištenja znoja kao jedinog izvora energije za nosivu elektroniku. U studiji, objavljenoj u Journal of Power Sources, predstavili su novi dizajn koji koristi laktat iz ljudskog znoja kako bi generirao dovoljno snage za pogon biosenzora i bežičnih komunikacijskih uređaja.
Njihov niz ćelija biogoriva izgleda poput papirnatog zavoja koji se može nositi na ruci. Sastoji se od vodonepropusnog papirnog supstrata na koji se polažu ćelije biogoriva; njihov broj ovisi o izlaznom naponu i potrebnoj snazi. Elektrokemijske reakcije između laktata i enzima prisutnih u elektrodama proizvode električnu struju koja teče do kolektora izrađenog od provodljive ugljične paste.
Ugljikova tinta umjesto srebra
Ovo nije prva ćelija biogoriva na bazi laktata, ali neke ključne razlike ovaj novi dizajn izdvajaju od postojećih ćelija na bazi laktata, o kojima je nedavno pisao i Bug. Kao prvo, cijeli se uređaj može izraditi sitotiskom, tehnikom prikladnom za isplativu masovnu proizvodnju. To je bilo moguće pažljivim odabirom materijala i njihovim rasporedom. Dok su slične prethodne ćelije koristile srebrne žice, ove ćelije koriste poroznu ugljikovu tintu.
Drugačiji je i način na koji se laktat doprema u ćelije. Slojevi papira koriste se za prikupljanje znoja i istovremeno ga transportiraju kapilarnim efektom, onim zbog kojeg voda brzo prolazi kroz salvetu kad je smoči.
Eksperimenti su pokazali da ćelije mogu generirati napon od 3,66 V i izlaznu snagu od 4,3 mW. Ta je snaga znatno veća od snage postojećih uređaja.
Kako bi pokazao njihovu primjenjivost na nosive biosenzore i elektroničke uređaje, istraživači su izradili laktatni biosenzor koji se može napajati laktatom i mjeriti koncentraciju laktata u znoju, ali i te izmjerene vrijednosti u stvarnom vremenu prenositi na pametni telefon putem Bluetootha.
Dovoljno energije za pokretanje pametnog sata
Kao što je objašnjeno u prethodnoj studiji, laktat je važan biomarker koji odražava intenzitet tjelesnih vježbi u stvarnom vremenu, što je važno u treningu sportaša i rehabilitacijskih pacijenata. Međutim, na ovaj se način mogu pokretati i druge vrste nosive elektronike.
Japanski istraživači uspjeli su tako 1,5 sati pokretati komercijalno dostupan mjerač aktivnosti koristeći pritom kap umjetnog znoja i ćelije biogoriva. Njihov bi sustav, vjeruju istraživači, trebao moći napajati i druge vrsta uređaja poput pametnih satova.
