อุปกรณ์ดูแลสุขภาพเครื่องแรกที่จะใช้พลังงานจากความร้อนในร่างกาย

นักวิจัยได้สร้างอุปกรณ์ดูแลสุขภาพเครื่องแรกที่ใช้พลังงานจากความร้อนจากร่างกายโดยใช้โลหะที่เป็นของเหลว

ในยุคแห่งเทคโนโลยี เราต่างคุ้นเคยกับความไม่สะดวกของแบตเตอรี่ที่หมด แต่สำหรับผู้ที่ต้องพึ่งพาอุปกรณ์ดูแลสุขภาพแบบสวมใส่เพื่อตรวจวัดระดับกลูโคส ลดอาการสั่น หรือแม้แต่ติดตามการทำงานของหัวใจ การใช้เวลาในการชาร์จแบตเตอรีอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงได้

เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนได้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ทางการแพทย์สามารถรับพลังงานได้จากความร้อนของร่างกายเพียงอย่างเดียว โดยการรวมเซ็นเซอร์วัดออกซิเจนในเลือดเข้ากับเครื่องกำเนิดพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่น ยืดหยุ่นได้ และสวมใส่ได้ ทีมวิจัยได้แนะนำวิธีการที่มีแนวโน้มดีในการแก้ไขปัญหาอายุการใช้งานแบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดพลังงานของพวกเขาทำมาจากโลหะเหลว เซมิคอนดักเตอร์ และยางที่พิมพ์ 3 มิติ

เมสัน ซาดาน ผู้เขียนงานวิจัยกล่าวว่า “นี่ถือเป็นก้าวแรกสู่การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่” งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Functional Materials

ระบบของพวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเชิงกลและเทอร์โมอิเล็กทริกสูงโดยมีการผสานรวมวัสดุอย่างราบรื่น โดยมีจุดเด่นที่ความก้าวหน้าในวัสดุอ่อน การออกแบบอาร์เรย์ TEG การออกแบบแผงวงจรพลังงานต่ำ และการจัดการพลังงานบนบอร์ด

Carmel Majidi ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Soft Machines อธิบายว่า “เมื่อเทียบกับงานวิจัยในอดีตของเรา การออกแบบนี้ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้ประมาณ 40 เท่าหรือ 4,000% คอมโพสิตอีพอกซีโลหะเหลวช่วยเพิ่มการนำความร้อนระหว่างส่วนประกอบเทอร์โมอิเล็กทริกและจุดสัมผัสของอุปกรณ์บนตัวเครื่อง”

เพื่อทดสอบแรงดันขาออก อุปกรณ์จะถูกสวมบนหน้าอกและข้อมือของผู้เข้าร่วมขณะพักผ่อนและเคลื่อนไหว

Zadan กล่าวว่า “เราพบว่าอุปกรณ์มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในขณะที่อุปกรณ์อยู่บนข้อมือของผู้เข้าร่วมและในขณะที่ผู้เข้าร่วมกำลังเคลื่อนไหว ขณะที่ผู้เข้าร่วมเคลื่อนไหว ด้านหนึ่งของอุปกรณ์จะได้รับการระบายความร้อนจากการไหลของอากาศที่เพิ่มขึ้น และอีกด้านหนึ่งจะได้รับความร้อนจากอุณหภูมิร่างกายที่สูงขึ้น การเดินและการวิ่งทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิที่เหมาะสม”

กระบวนการที่ความแตกต่างของอุณหภูมิถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเรียกว่าผลเทอร์โมอิเล็กทริก

เมื่อวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกสัมผัสกับการไล่ระดับอุณหภูมิ เช่น ปลายด้านหนึ่งถูกทำให้ร้อนในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งยังคงเย็นอยู่ อิเล็กตรอนภายในวัสดุจะเริ่มไหลจากปลายด้านที่ร้อนไปยังปลายด้านที่เย็น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้า ยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิมากขึ้น ก็จะยิ่งผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น ส่งผลให้มีพลังงานไฟฟ้า โดยพื้นฐานแล้ว ผลของเทอร์โมอิเล็กทริกช่วยให้เราใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ได้ ทำให้เป็นแนวทางที่มีแนวโน้มดีสำหรับการผลิตพลังงานอย่างยั่งยืน

ในอนาคต ดร. Dinesh K. Patel นักวิจัยในทีมมีความกระตือรือร้นที่จะทำงานเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพไฟฟ้าและศึกษาวิธีการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าว “เราต้องการเปลี่ยนจากแนวคิดที่พิสูจน์แล้วเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผู้คนสามารถเริ่มใช้งานได้”

งานวิจัยนี้ดำเนินการร่วมกับ Arieca Inc., มหาวิทยาลัยวอชิงตัน และมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล

แหล่งข้อมูล:

Mason Zadan และคณะ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นสำหรับการติดตามสุขภาพแบบสวมใส่ที่ใช้พลังงานด้วยตนเอง [Advanced Functional Materials (2024)]- ดอย: 10.1002/adfm.202404861