L'avvento di sensori indossabili economici in grado di monitorare la frequenza cardiaca e la temperatura corporea, così come i livelli di zucchero nel sangue e sottoprodotti metabolici, ha permesso a ricercatori e operatori sanitari di monitorare la salute umana in modi mai prima d'ora possibili. Ma come tutti i dispositivi elettronici, questi sensori indossabili necessitano di una fonte di alimentazione. Le batterie sono un'opzione, ma non sono necessariamente ideali perché possono essere ingombranti, pesante, ed esaurito.

Wei Gao del Caltech, assistente professore di ingegneria medica presso il dipartimento di ingegneria medica di Andrew e Peggy Cherng, ha sviluppato questi sensori e nuovi approcci per alimentarli utilizzando il corpo umano stesso. In precedenza, ha creato un sensore in grado di monitorare gli indicatori di salute nel sudore umano che è alimentato dal sudore stesso.

Ora, Gao ha sviluppato un nuovo modo per alimentare i sensori indossabili wireless:raccoglie l'energia cinetica prodotta da una persona mentre si muove.

Questa raccolta di energia viene eseguita con un sottile sandwich di materiali (Teflon, rame, e poliimmide) che sono attaccati alla pelle della persona. Quando la persona si muove, questi fogli di materiale sfregano contro uno strato di scorrimento in rame e poliimmide, e generare piccole quantità di elettricità. L'effetto, nota come triboelettricità, è forse meglio illustrato dalla scossa elettrica statica che una persona potrebbe ricevere dopo aver camminato su un pavimento di moquette e poi aver toccato una maniglia di metallo.

"Il nostro generatore triboelettrico, chiamato anche nanogeneratore, ha uno statore, che è fissato al busto, e un cursore, che è attaccato all'interno del braccio. Il cursore scorre contro lo statore durante il movimento umano, e, contemporaneamente viene generata una corrente elettrica, " dice Gao. "Il meccanismo è abbastanza semplice. L'attrito provoca la generazione elettrica. Questo non è qualcosa di nuovo, dal punto di vista concettuale".

Cosa c'è di nuovo, Gao dice, è così che il team di ricerca ha prodotto il nanogeneratore.

"Invece di utilizzare materiali fantasiosi, utilizziamo circuiti stampati flessibili disponibili in commercio, " dice. "Questo materiale è economico, molto resistente e meccanicamente robusto per lunghi periodi di tempo".

Il nanogeneratore non crea molta elettricità; infatti, servirebbe un dispositivo con 100 metri quadrati di superficie per alimentare una lampadina da 40 watt. Però, I sensori indossabili di Gao hanno bassi requisiti di alimentazione, e il sistema immagazzina l'elettricità generata in un condensatore finché non c'è abbastanza carica per prendere una lettura dal sensore e inviare i dati in modalità wireless a un telefono cellulare tramite Bluetooth. Più una persona si muove, più spesso il sensore può raccogliere dati. Anche se la persona è abbastanza sedentaria, però, il sensore alla fine accumulerà energia sufficiente per funzionare.

Alla fine Gao vorrebbe far funzionare i suoi sensori indossabili usando l'energia generata attraverso più metodi. Per esempio, un dispositivo indossabile potrebbe utilizzare l'elettricità generata dal sudore, un generatore triboelettrico, e piccoli pannelli solari indossabili.

Il documento che descrive la ricerca, intitolato, "Sensore di sudore indossabile wireless senza batteria alimentato dal movimento umano, " appare nel numero 40 della rivista Progressi scientifici .