Ti senti più sudato per un'ondata di caldo estivo? Non preoccuparti, non tutto il tuo sudore deve andare sprecato. In un articolo pubblicato il 13 luglio sulla rivista Joule , i ricercatori hanno sviluppato un nuovo dispositivo che raccoglie energia dal sudore sulla punta delle dita, tra tutti i luoghi. Ad oggi, il dispositivo è l'energy harvester sul corpo più efficiente mai inventato, producendo 300 millijoule (mJ) di energia per centimetro quadrato senza alcun input di energia meccanica durante un sonno di 10 ore e altri 30 mJ di energia con la semplice pressione di un dito. Gli autori affermano che il dispositivo rappresenta un significativo passo avanti per l'elettronica indossabile autosufficiente.

"Normalmente, vuoi il massimo ritorno sull'investimento in energia. Non vuoi spendere molta energia attraverso l'esercizio per recuperare solo un po' di energia, ", afferma l'autore senior Joseph Wang, un professore di nanoingegneria presso l'Università della California San Diego. "Ma qui, volevamo creare un dispositivo adatto all'attività quotidiana che non richieda quasi nessun investimento energetico:puoi dimenticare completamente il dispositivo e andare a dormire o lavorare alla scrivania come digitare, eppure continuano a generare energia. Puoi chiamarlo 'potere dal non fare nulla'".

I precedenti dispositivi energetici basati sul sudore richiedevano un esercizio intenso, come una grande quantità di corsa o in bicicletta, prima che l'utente sudasse abbastanza da attivare la generazione di energia. Ma la grande quantità di energia consumata durante l'esercizio può facilmente annullare l'energia prodotta, spesso con un ritorno energetico sull'investimento inferiore all'1%.

In contrasto, questo dispositivo rientra in quella che gli autori chiamano la categoria del "Santo Graal" dei raccoglitori di energia. Invece di affidarsi all'esterno, fonti irregolari come luce solare o movimento, tutto ciò di cui ha bisogno è il contatto delle dita per raccogliere più di 300 mJ di energia durante il sonno, che secondo gli autori è sufficiente per alimentare alcuni piccoli dispositivi elettronici indossabili. Poiché non è necessario alcun movimento, il rapporto tra energia raccolta ed energia investita è essenzialmente infinito.

Può sembrare strano scegliere la punta delle dita come fonte di questo sudore, dire, le ascelle, ma infatti, i polpastrelli hanno la più alta concentrazione di ghiandole sudoripare rispetto a qualsiasi altra parte del corpo.

"La generazione di più sudore alle dita probabilmente si è evoluta per aiutarci a tenere meglio le cose, " dice il primo co-autore Lu Yin, un dottorato di ricerca in nanoingegneria. studente che lavora nel laboratorio di Wang. "I tassi di sudore sul dito possono raggiungere anche pochi microlitri per centimetro quadrato al minuto. Questo è significativo rispetto ad altre parti del corpo, dove i tassi di sudore sono forse due o tre ordini di grandezza più piccoli".

Il dispositivo sviluppato dai ricercatori in questo studio è un tipo di raccoglitore di energia chiamato cella a biocombustibile (BFC) ed è alimentato da lattato, un composto disciolto nel sudore. Da fuori, sembra un semplice pezzo di schiuma collegato a un circuito con elettrodi, il tutto attaccato al polpastrello di un dito. La schiuma è realizzata in materiale di nanotubi di carbonio, e il dispositivo contiene anche un idrogel che aiuta a massimizzare l'assorbimento del sudore.

"La dimensione del dispositivo è di circa 1 centimetro quadrato. Anche il suo materiale è flessibile, quindi non devi preoccuparti che sia troppo rigido o che ti senta strano. Puoi indossarlo comodamente per un lungo periodo di tempo, "dice Yin.

All'interno del dispositivo, avvengono una serie di reazioni elettrochimiche. Le cellule sono dotate di un bioenzima sull'anodo che si ossida, o rimuove gli elettroni da, il lattato; il catodo viene depositato con una piccola quantità di platino per catalizzare una reazione di riduzione che porta l'elettrone a trasformare l'ossigeno in acqua. Una volta che questo accade, gli elettroni fluiscono dal lattato attraverso il circuito, creando una corrente di elettricità. Questo processo avviene spontaneamente:finché c'è lattato, non è necessaria ulteriore energia per avviare il processo.

Separato ma complementare al BFC, anche i generatori piezoelettrici, che convertono l'energia meccanica in elettricità, sono collegati al dispositivo per raccogliere fino al 20% di energia aggiuntiva. Relying on the natural pinching motion of fingers or everyday motions like typing, these generators helped produce additional energy from barely any work:a single press of a finger once per hour required only 0.5 mJ of energy but produced over 30 mJ of energy, a 6, 000% return in investment.

The researchers were able to use the device to power effective vitamin C- and sodium-sensing systems, and they are optimistic about improving the device to have even greater abilities in the future, which might make it suitable for health and wellness applications such as glucose meters for people with diabetes. "We want to make this device more tightly integrated in wearable forms, like gloves. We're also exploring the possibility of enabling wireless connection to mobile devices for extended continuous sensing, " Yin says.

"There's a lot of exciting potential, " says Wang. "We have ten fingers to play with."