Draagbare Sensoren Aandrijven met Menselijke Beweging: Een Doorbraak in Energie Oogst

Het opkomen van goedkope draagbare sensoren die hartslag, lichaamstemperatuur, en bloedsuiker- en metabolietniveaus kunnen monitoren, heeft onderzoekers in staat gesteld om menselijke gezondheid op manieren te monitoren die nooit eerder mogelijk waren. Maar zoals alle elektronische apparaten, hebben deze draagbare sensoren een stroombron nodig. Batterijen zijn een optie maar niet noodzakelijk ideaal omdat ze bulky, zwaar, en opgeladen kunnen raken.

Onderzoekers hebben nu een manier ontwikkeld om draadloze draagbare sensoren aan te drijven door kinetische energie te oogsten die geproduceerd wordt door een persoon tijdens het bewegen. Deze energie-oogst wordt gedaan met een dunne sandwich van materialen (Teflon, koper, en polyimide) bevestigd aan de huid van de persoon. Terwijl de persoon beweegt, wrijven deze materiaalbladen tegen een glijlaag gemaakt van koper en polyimide en genereren ze kleine hoeveelheden elektriciteit. Het effect, bekend als triboelectriciteit, is misschien het beste geïllustreerd door de statische elektrische schok die een persoon kan ontvangen na het lopen over een getapijte vloer en dan een metalen deurknop aanraken.

De triboelectric generator (nanogenerator) heeft een stator die vastgemaakt is aan de torso en een slider die bevestigd is aan de binnenkant van de arm. De slider glijdt tegen de stator tijdens menselijke beweging en een elektrische stroom wordt tegelijkertijd gegenereerd. De nanogenerator is gemaakt met commercieel beschikbare flexibele printplaten.

De nanogenerator creëert niet veel elektriciteit; men zou een apparaat met 100 vierkante meter oppervlakte nodig hebben om een 40-watt gloeilamp aan te drijven. De draagbare sensoren hebben lage stroomvereisten en het systeem slaat gegenereerde elektriciteit op in een condensator tot er voldoende lading is om een meting van de sensor te nemen en de data draadloos naar een mobiele telefoon via Bluetooth te sturen. Hoe meer een persoon beweegt, hoe vaker de sensor data kan verzamelen. Zelfs als de persoon redelijk sedentair is, zal de sensor uiteindelijk voldoende stroom accumuleren om te opereren.