Molti biosensori indossabili, trasmettitori di dati e progressi tecnologici simili per il monitoraggio sanitario personalizzato sono stati ora "miniaturizzati in modo creativo, " dice il chimico dei materiali Trisha Andrew presso l'Università del Massachusetts Amherst, ma richiedono molta energia, e le fonti di alimentazione possono essere ingombranti e pesanti. Ora lei e il suo dottorato di ricerca. lo studente Linden Allison riferisce di aver sviluppato un tessuto in grado di raccogliere il calore corporeo per alimentare piccoli dispositivi microelettronici indossabili come i rilevatori di attività.

Scrivendo in una prima edizione online di Tecnologie avanzate dei materiali , Andrew e Allison spiegano che in teoria, il calore corporeo può produrre energia sfruttando la differenza tra la temperatura corporea e l'aria ambiente più fresca, un effetto "termoelettrico". I materiali con elevata conduttività elettrica e bassa conduttività termica possono spostare la carica elettrica da una regione calda verso una più fredda in questo modo.

Alcune ricerche hanno dimostrato che piccole quantità di energia possono essere raccolte da un corpo umano in una giornata lavorativa di otto ore, ma i materiali speciali necessari al momento o sono molto costosi, tossici o inefficienti, fanno notare. Andrea dice, "Quello che abbiamo sviluppato è un modo per stampare a vapore biocompatibile a basso costo, film polimerici flessibili e leggeri fatti di tutti i giorni, materiali abbondanti su tessuti di cotone che hanno proprietà termoelettriche sufficientemente elevate da produrre una tensione termica abbastanza elevata, abbastanza per alimentare un piccolo dispositivo."

Per questo lavoro, i ricercatori hanno sfruttato le proprietà di trasporto del calore naturalmente basse di lana e cotone per creare indumenti termoelettrici in grado di mantenere un gradiente di temperatura attraverso un dispositivo elettronico noto come termopila, che converte il calore in energia elettrica anche per lunghi periodi di usura continua. Questa è una considerazione pratica per assicurare che il materiale conduttivo sia elettricamente, meccanicamente e termicamente stabili nel tempo, appunti di Andrea.

"Essenzialmente, abbiamo sfruttato la proprietà isolante di base dei tessuti per risolvere un problema di lunga data nella comunità dei dispositivi, " lei e Allison riassumono. "Crediamo che questo lavoro sarà interessante per gli ingegneri dei dispositivi che cercano di esplorare nuove fonti di energia per l'elettronica indossabile e per i designer interessati a creare capi intelligenti".

Nello specifico, hanno creato la loro termopila interamente in tessuto stampando a vapore un polimero conduttore noto come poly(3, 4-etilendiossitiofene) (PEDOT-Cl) su una forma a trama fitta e una a trama media di tessuto di cotone commerciale. Hanno quindi integrato questa termopila in un contenitore appositamente progettato, fascia indossabile che genera tensioni termiche superiori a 20 milliVolt quando indossata sulla mano.

I ricercatori hanno testato la durata del rivestimento PEDOT-CI sfregando o lavando i tessuti rivestiti in acqua calda e valutando le prestazioni mediante scansione al microscopio elettronico, che ha mostrato che il rivestimento "non si è rotto, delaminare o lavare meccanicamente dopo essere stati lavati o abrasi, confermando la robustezza meccanica del PEDOT-CI stampato a vapore."

Hanno misurato la conduttività elettrica superficiale dei rivestimenti utilizzando una sonda costruita su misura e hanno scoperto che il cotone a trama più larga ha dimostrato una conduttività maggiore rispetto al materiale a trama più stretta. Le conducibilità di entrambi i tessuti "sono rimaste sostanzialmente invariate dopo lo sfregamento e il lavaggio, "aggiungono.

Utilizzando una termocamera, hanno stabilito che il polso, il palmo e la parte superiore delle braccia dei volontari irradiavano più calore, così Andrew e Allison hanno prodotto fasce elastiche a maglia di tessuto termoelettrico che possono essere indossate in queste aree. Il lato esterno del nastro esposto all'aria è isolato dal calore corporeo grazie allo spessore del filato, mentre solo il lato non rivestito della termopila è a contatto con la pelle per ridurre il rischio di reazione allergica al PEDOT-CI, fanno notare.

I ricercatori notano che la sudorazione ha aumentato significativamente l'uscita di termotensione del bracciale elastico, che non era sorprendente, poiché il cotone umido è noto per essere un conduttore di calore migliore rispetto ai tessuti asciutti, osservano. Sono stati in grado di disattivare il trasferimento di calore a piacimento inserendo uno strato di plastica termoriflettente tra la pelle di chi lo indossa e il cinturino, anche.

Globale, dicono, "Mostriamo che il processo di rivestimento a vapore reattivo crea termopile di tessuto meccanicamente robuste" con "fattori di potenza termoelettrica notevolmente elevati" a basse differenze di temperatura rispetto ai dispositivi prodotti tradizionalmente. "Ulteriore, descriviamo le migliori pratiche per l'integrazione naturale delle termopile negli indumenti, che consentono di mantenere gradienti di temperatura significativi attraverso la termopila nonostante l'usura continua."