Fabbricazione di micro batterie con elettrodi affiancati su wafer di silicio. Attestazione:Fraunhofer IZM
C'è una nuova tecnologia che attanaglia i mercati del futuro:la tecnologia da indossare. Indossabili, come sono conosciuti, sono sistemi portatili che contengono sensori per raccogliere dati di misurazione dai nostri corpi. L'alimentazione di questi sensori senza fili richiede batterie flessibili in grado di adattarsi al materiale specifico e fornire la potenza richiesta dal sistema. Le microbatterie sviluppate dall'Istituto Fraunhofer per l'affidabilità e la microintegrazione IZM forniscono la base tecnica per questa nuova tendenza tecnologica.
In medicina, i dispositivi indossabili vengono utilizzati per raccogliere dati senza disturbare i pazienti mentre svolgono le loro attività quotidiane - per registrare ECG a lungo termine, ad esempio. Poiché i sensori sono leggeri, flessibile e nascosto negli abiti, questo è un modo conveniente per monitorare il battito cardiaco di un paziente. La tecnologia ha anche più applicazioni quotidiane:fasce per il fitness, ad esempio, che misurano le pulsazioni dei corridori mentre corrono. C'è un enorme potenziale di crescita nel settore dei wearable, che dovrebbe raggiungere un valore di mercato di 72 miliardi di euro entro il 2020.
Come alimentare questi accessori intelligenti rappresenta una sfida tecnica significativa. Ci sono le considerazioni tecniche – durata e densità energetica – ma anche requisiti di materiale come peso, flessibilità e dimensioni, e questi devono essere combinati con successo. È qui che entra in gioco Fraunhofer IZM:gli esperti dell'istituto hanno sviluppato un prototipo per un braccialetto intelligente che, letteralmente, raccoglie i dati in prima persona. Il pezzo forte tecnico del cinturino in silicone sono le sue tre batterie verde brillante. Vantando una capacità di 300 milliampere ore, queste batterie sono ciò che fornisce energia al braccialetto. Possono immagazzinare energia di 1,1 wattora e perdere meno del tre percento della loro capacità di ricarica all'anno. Con questi parametri il nuovo prototipo ha una capacità molto più elevata rispetto alle smart band disponibili finora sul mercato, consentendogli di fornire energia anche all'elettronica portatile più esigente. La capacità disponibile è effettivamente sufficiente per potenziare un orologio intelligente convenzionale senza alcuna perdita di autonomia. Con questo tipo di statistiche, il prototipo batte prodotti affermati come gli orologi intelligenti, in cui la batteria è incorporata solo nella cassa dell'orologio e non nel cinturino.
Batterie agli ioni di litio di dimensioni millimetriche con elettrodi interdigitali. Credito:Fraunhofer IZM, Volker Mai
Successo attraverso la segmentazione
Robert Hahn, un ricercatore nel dipartimento di Fraunhofer IZM per RF e sistemi di sensori intelligenti, spiega perché la segmentazione è la ricetta per il successo:"Se rendi una batteria estremamente flessibile, avrà una densità energetica molto scarsa, quindi è molto meglio adottare un approccio segmentato".
Invece di rendere le batterie estremamente flessibili a scapito della densità energetica e dell'affidabilità, l'istituto si è concentrato sulla progettazione di batterie molto piccole e potenti e su una tecnologia di montaggio ottimizzata. Le batterie sono pieghevoli tra i segmenti. In altre parole, il cinturino intelligente è flessibile pur conservando molta più potenza rispetto ad altri braccialetti intelligenti disponibili sul mercato.
Micro striscia di batteria meccanicamente flessibile realizzata con celle di batteria segmentate. Attestazione:Fraunhofer IZM
Soluzioni su misura per il cliente
Nello sviluppo di batterie per dispositivi indossabili, Fraunhofer IZM combina nuovi approcci e anni di esperienza con un processo di sviluppo su misura per il cliente:"Lavoriamo con le aziende per sviluppare la batteria giusta per loro, " spiega l'ingegnere elettronico laureato. Il team si consulta a stretto contatto con i clienti per elaborare i requisiti energetici. Adattano con attenzione parametri come forma, dimensione, voltaggio, capacità e potenza e li hanno combinati per formare un concetto di alimentazione. Il team esegue anche test specifici per il cliente.
Cerotto intelligente per misurare il sudore
Nel 2018, l'istituto ha iniziato a lavorare su una nuova tecnologia indossabile, l'intonaco intelligente. Insieme al produttore svizzero di sensori Xsensio, questo progetto sponsorizzato dall'UE mira a sviluppare un cerotto in grado di misurare e analizzare direttamente il sudore del paziente. Questo può quindi essere utilizzato per trarre conclusioni sullo stato di salute generale del paziente. In ogni caso, avere un comodo, strumento di analisi in tempo reale è il modo ideale per monitorare e monitorare meglio i processi di guarigione. Fraunhofer IZM è responsabile dello sviluppo del concetto di design e del sistema di alimentazione dell'energia per i sensori di misurazione del sudore. Il piano è di integrare sensori estremamente piatti, leggero e flessibile. Ciò richiederà lo sviluppo di vari nuovi concetti. Un'idea, ad esempio, sarebbe un sistema di incapsulamento realizzato con un foglio composito di alluminio. I ricercatori devono anche assicurarsi di selezionare materiali economici e facili da smaltire. Dopotutto, un cerotto è un prodotto usa e getta.
