(PhysOrg.com) -- Questi stivali sono fatti per camminare... e per accendere il tuo cellulare? Potrebbe succedere, dicono un team di scienziati di Princeton e Caltech. In un recente articolo sulla rivista Nano lettere , riferiscono di aver sviluppato un innovativo chip di gomma che ha la capacità di raccogliere energia da movimenti come camminare, in esecuzione, e respirare e convertirlo in una fonte di energia.

Punteggio uno per il corpo elettrico.

"Apre molte possibilità, " dice lo studente laureato Caltech Habib Ahmad, un coautore sulla carta. "Tutti disperdiamo energia mentre muoviamo i nostri corpi, e plausibilmente che l'energia potrebbe essere utilizzata per caricare piccoli dispositivi elettronici come un iPod o un telefono cellulare."

La chiave di questo sviluppo è una classe di materiali noti come piezoelettrici, che sono sostanze, principalmente cristalline e ceramiche, che rispondono a sollecitazioni o sforzi producendo una carica, essenzialmente convertire l'energia meccanica in energia elettrica. ("Piezo" deriva da una parola greca, nel senso di spremere o esercitare una pressione.)

"I piezoelettrici sono in circolazione da un po', " dice Ahmad. "Il naturale più conosciuto e più utilizzato è il quarzo". quelli in ceramica, molti di loro fatti dall'uomo, spesso producono più tensione quando sollecitati, ma mantenere alto quel livello di tensione generalmente richiede che vengano coltivati ​​su una superficie dura, o substrato. Ciò limita la flessibilità con cui possono rispondere alla pressione generata da, dire, un braccio oscillante o un piede che calpesta.

Ahmad sta attualmente lavorando per il suo dottorato di ricerca nel laboratorio del Gilloon Professor e Professore di Chimica del Caltech James Heath, dove sta sviluppando micro e nanodispositivi, strumenti ultrapiccoli, che possono aiutare a rilevare e diagnosticare alcuni tipi di cancro. È stato coinvolto in un precursore della ricerca piezoelettrica un paio di anni fa, quando ha collaborato con il postdoc di Heath Michael McAlpine nel testare una nuova tecnica che McAlpine aveva ideato per trasferire i nanofili di silicio da un substrato inflessibile a uno di plastica.

"Fondamentalmente Mike voleva sapere se questi cavi avrebbero comunque generato alta tensione su una superficie flessibile, " dice Ahmad "Costruire circuiti elettronici e sensori su plastica flessibile è un campo abbastanza nuovo, ma è uno che ha suscitato molto interesse. Così ho costruito una camera che permettesse a Mike di controllare quali gas erano esposti al chip e in quali concentrazioni, in modo da poterli rilevare con sensori su nanoscala, e ho impostato tutta l'elettronica di misurazione e scritto un software di raccolta dati."

Nell'estate 2008 McAlpine divenne assistente professore a Princeton, dove ha esteso le tecniche che aveva sviluppato al Caltech ai materiali piezoelettrici. La sua squadra è stata la prima a fabbricare strisce minute, o nanonastri, di un piezoelettrico ceramico particolarmente potente, titanato di zirconato di piombo (PZT), e trasferirli con successo su un substrato di gomma siliconica.

"Mike mi ha chiesto di aiutare a testare il materiale su un disco rigido per stabilire una tensione di base, " dice Ahmad. Ha progettato e prodotto i disegni tecnici per le camere utilizzate per testare i fili PZT, testato il circuito di raccolta dati, e ha lavorato sulle figure per la carta. Una volta completati questi test e trasferiti i fili sulla superficie flessibile, "La squadra di Mike ha misurato di nuovo la tensione e non ha trovato praticamente alcun degrado nei livelli di tensione".

“Ciò che ha reso questo ultimo risultato particolarmente entusiasmante, "dice Ahmad, "è che un materiale piezoelettrico seduto su un substrato di gomma è abbastanza malleabile da essere indossato con relativo comfort nella scarpa o come una fascia antisudore intorno al braccio". E poiché PZT genera energia quasi 100 volte più efficacemente del quarzo, "ha la capacità di sfruttare i movimenti naturali del corpo durante il giorno."

Al di là dell'attraente prospettiva di ballare in casa per accendere il tuo iPod, ci sono applicazioni più serie all'orizzonte. "I militari hanno mostrato molto interesse nell'uso del piezoelettrico per sfruttare l'energia, "dice Ahmad, e infatti ha già sperimentato impianti piezoelettrici per scarpe che purtroppo si sono rivelati troppo scomodi per essere indossati dai soldati per un certo periodo di tempo. I chip PZT in gomma potrebbero risolvere il problema del comfort, ma i ricercatori sottolineano che c'è ancora molto lavoro da fare prima che la loro invenzione possa essere utilizzata su larga scala nelle forze armate o altrove.

"Al momento, abbiamo praticamente un chip di un centimetro con circa 1, 000 fili imballati insieme, "Ahmad dice. “Questo è un uso molto efficiente dello spazio, ma l'energia prodotta è ancora relativamente minima. Ma non c'è motivo, parlando tecnicamente, perché questo non può essere ridimensionato fino a una superficie dell'ordine di 2 per 2 pollici, "a quel punto puoi iniziare a guardare le applicazioni del mondo reale.

Sebbene i materiali piezoelettrici non siano il campo primario di Ahmad, ha apprezzato l'attenzione che le sfumature bioniche della ricerca hanno generato (questo è il quinto articolo di cui è coautore e il terzo con McAlpine). Inoltre, come scienziato impegnato nell'applicazione delle nanotecnologie alla biomedicina, è particolarmente interessato al potenziale del lavoro lì. “Dato che questi chip sono racchiusi nel silicone, che è generalmente riconosciuto come non tossico per l'uomo, c'è la possibilità di impiantare un giorno questi dispositivi all'interno del corpo".

Una possibilità, dicono gli scienziati, è che il movimento polmonare generato dalla respirazione potrebbe essere potenzialmente "raccolto per caricare la batteria di un pacemaker, aumentando così il tempo necessario tra gli interventi chirurgici di sostituzione della batteria per i pazienti."

"Proprio adesso, stiamo ancora lavorando sulla tecnologia fondamentale, "dice Ahmad. "Ma le prospettive a lungo termine sono molto eccitanti".