Наше тело сможет заряжать смартфон

Однажды ваша утренняя пробежка сможет заряжать энергией не только вас, но и ваш смартфон.

Так же, как и любое другое электрическое устройство небольшой мощности.

Ученые разработали биосенсор, устанавливаемый во временной татуировке на теле, который может отслеживать прогресс тренировки и использовать пот человека для получения электроэнергии.

Это инновационное устройство придумало командой ученых из Университета Калифорнии, которую возглавлял Джозеф Вонг (Joseph Wang), заслуженный профессор и глава университетского отделения наноинжиниринга. Изобретатели представили концепцию новой биобатарейки на встрече Американского химического общества в Сан-Франциско.

Биобатарейки имеют несколько преимуществ перед традиционными батарейками: они быстрее заряжаются, используют возобновляемые источники энергии (в нашем случае человеческий пот), они не взрываются и не содержат токсичных химических элементов.

Профессор Вонг говорит, что их работа «продемонстрировала первые образцы эпидермальных электрохимических биосенсоров и биотопливных батареек, которые потенциально могут быть использованы в широком ассортименте изделий в будущем».

Когда человек потеет, тело вырабатывает лактат (молочную кислоту), которая, по словам ассистента профессора доктора Венчао Джиа (Wenzhao Jia), «является очень важным индикатором того, насколько интенсивно вы тренировались».

В целом, чем более интенсивно мы упражняемся, тем больше лактата вырабатывает тело. При интенсивных нагрузках в клетках включаются анаэробные циклы получения энергии, которые состоят в расщеплении глюкозы до молочной кислоты – отсюда и берется лактат.

Профессиональные атлеты отслеживают уровень лактата, чтобы оценивать свою физическую производительность. Врачи также отслеживают уровень лактата у пациентов, которых проверяют на некоторые заболевания сердца и легких или на состояния, сопровождающиеся повышенным уровнем молочной кислоты.

Неинвазивный мониторинг лактата в реальном времени

Доктор Джиа и ее коллеги создали быстрый, простой и неинвазивный способ измерять уровень лактата во время физических тренировок в реальном времени. До создания этого устройства единственным способом был анализ крови на лактат через определенные промежутки времени.

Новый сенсор, который впечатан в обычную временную татуировку и совершенно не заметен для окружающих, содержит энзим, генерирующий электрический ток при помощи электронов из молекулы лактата.

Ученые протестировали новинку на 10 здоровых добровольцах. Они накладывали временные татуировки с элементом на предплечье, заставляли их заниматься физическими упражнениями, а затем измеряли электрический ток на выходе. В течение 30 минут на велотренажере с постепенно увеличивающейся нагрузкой сенсоры позволили ученым наблюдать в реальном времени изменение уровня лактата у участников.

Биобатарейка генерирует энергию из пота

Команда разработала технологию, при которой указанный выше энзим, забирающий электроны от молекулы лактата, служит анодом, а особое вещество, которое получает эти электроны – катодом. Движение электронов в направлении от анода к катоду – базовый принцип работы любой батарейки, в том числе новой биобатарейки.

Во втором эксперименте команда протестировала биобатарейку на 15 добровольцах, которые занимались на велотренажерах. Как и в прошлый раз, у них на предплечье были установлены временные тату с элементами.

Разные участники вырабатывали разное количество энергии. Удивительно, но наименее тренированные люди вырабатывали электричества больше всего. Те, кто занимался физическими упражнениями раз неделю, давали большее энергии, чем те, кто тренировался через день.

Одно из возможных объяснений в том, что нетренированные люди быстрее уставали, и анаэробное расщепление глюкозы с образованием лактата в клетках у них начиналось гораздо раньше. Нетренированные добровольцы генерировали около 70 мкВт на квадратный сантиметр кожи.

Доктор Джиа говорит, это пока не очень много, но они работают над тем, чтобы сделать биобатарейки более эффективными и пригодными для питания небольших электронных устройств.

«Уже сейчас мы можем взять максимум 70 мкВт с квадратного сантиметра, но наши электроды размером 2-3 мм и генерируют около 4 мкВт – это недостаточно, чтобы питать, например, электронные часы, которые требуют как минимум 10 мкВт», - сказала она.

Исследовательница также напомнила, что нужно найти и подходящий способ хранения полученной энергии.

medbe.ru