Молочная кислота вместо батарейки
Сотрудники Калифорнийского технологического института разработали « электронную кожу», которая накладывается непосредственно поверх настоящей. Она изготовлена из мягкой эластичной резины и может быть оснащена датчиками, которые собирают такую информацию, как частота сердечных сокращений, температура тела, уровень сахара в крови и другие показатели здоровья.
Одна из главных проблем подобных устройств – это энергопотребление. Исследователям приходится использовать аккумуляторы, солнечные элементы или накапливать энергию человеческого движения. Новая электронная кожа оснащена биотопливными элементами, работающими исключительно на одном из отходов организма.
Человеческий пот содержит высокий уровень молочной кислоты (лактата) – это побочный продукт нормальных метаболических процессов, особенно много его вырабатывается в мышцах во время тренировок. Топливные элементы, встроенные в электронную кожу, поглощают из пота лактат и соединяют его с кислородом из атмосферы, генерируя воду и пируват, еще один побочный продукт метаболизма. Во время работы биотопливные элементы вырабатывают достаточное количество электроэнергии для функционирования датчиков и устройства Bluetooth, которое обеспечивает возможность передавать показания по беспроводной связи на компьютер.
Связь по Bluetooth потребляет больше мощности, но, несмотря на это, является более привлекательным подходом с расширенными возможностями подключения для практических медицинских и роботизированных приложений.
Разработка источника питания, способного работать от пота, была не единственной задачей при создании электронной кожи. Он также должен функционировать длительное время с высокой энергоемкостью с минимальной деградацией.
Биотопливные элементы изготовлены из углеродных нанотрубок, пропитанных платиново-кобальтовым катализатором и композитной сеткой, содержащей фермент, расщепляющий лактат. Они могут генерировать непрерывную, стабильную выходную мощность (3.5 милливатт на квадратный сантиметр) в течение нескольких дней из необработанного человеческого пота. В испытаниях они сохраняли стабильный уровень мощности в течение 60 часов работы в непрерывном режиме. Электронная кожа выборочно контролировала ключевые метаболические показатели (мочевину, аммоний, глюкозу и рН) и температуру кожи во время длительных физических нагрузок и по беспроводной сети передавала данные в пользовательский интерфейс с помощью Bluetooth. Она также способна контролировать сокращение мышц и работать в качестве интерфейса человек-машина при использовании протезов.
В настоящее время группа занята разработкой различных датчиков, которые можно будет встроить в электронную оболочку. Жизненно важная информация, полученная с помощью этой платформы, может быть использована как для контроля за состоянием здоровья человека,так и для проектирования и оптимизации протезов следующего поколения.
Статья Y.Yu et al. Biofuel-powered soft electronic skin with multiplexed and wireless sensing for human-machine interfaces опубликована в журнале Science Robotics.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Caltech: Electronic Skin Fully Powered by Sweat Can Monitor Health, Serve as Human-Machine Interface.