Биоинженеры из Калифорнийского университета разработали пластичный магнитоупругий датчик, который крепится к коже и свободно гнется. Человек начинает двигаться, а прибор использует пульсовые волны, как генератор электричества. Данное устройство может быть применено в качестве источника питания для переносных или имплантируемых датчиков. Результаты исследования представлены в журнале Nature Materials.
Эффект Виллари представляет собой изменение степени намагничивания материала, при котором крошечные магниты приходят в движение в результате механического воздействия. Исследователи обнаружили, что подобный материал может существовать в мягкой и гибкой форме. Команда использовала микроскопические магниты, рассредоточенные в силиконовой матрице толщиной с бумагу, чтобы создать магнитное поле, сила которого изменяется по мере волнообразного движения матрицы, на которую они нанесены. Изменение напряженности магнитного поля становится источником электроэнергии.
«Наше открытие способствует развитию энергетических, сенсорных и терапевтических технологий, которые ориентированы на человека, — рассказал руководитель исследования Джун Чен, доцент кафедры биоинженерии в Калифорнийском университете. — Уникальность этой технологии заключается в том, что она позволяет людям двигаться с комфортом. Устройство прижимается прямо к коже, и, поскольку оно состоит из магнитов, влажность и пот не влияют на его работу».
Датчик сделан из кремнийорганического полимера, катализатора (платины) и наномагнетиков из неодима, железа и бора. Ученые прикрепили его к локтю испытуемого с помощью мягкой эластичной силиконовой ленты. Затем они наблюдали магнитоупругий эффект, который был в четыре раза больше, чем у установок из жестких металлических сплавов такого же размера. В результате устройство сгенерировало 4,27 миллиампер на квадратный сантиметр, что в 10 000 раз больше, чем у аналогичных технологий.
Датчик оказался настолько чувствительным, что смог преобразовать пульсовые волны в электрические сигналы, а также действовать как автономный водонепроницаемый монитор сердечного ритма. Вырабатываемое электричество можно использовать для питания других переносных устройств, таких как датчик пота или термометр.
Другие устройства, которые полагаются на статическое электричество, как правило, не вырабатывают достаточно энергии. Помимо этого на их работоспособности может сказываться влажность. Ученые пробовали заключать такие устройства в капсулы, чтобы не допустить проникновения воды, но это снижает их эффективность. Новое устройство, разработанное командой Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, прошло успешные испытания в искусственных условиях длительного воздействия влаги.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
