Premier appareil de santé alimenté par la chaleur corporelle

En utilisant des métaux liquides, des chercheurs ont fabriqué le premier appareil de soins de santé alimenté par la chaleur corporelle.

À l’ère de la technologie, nous sommes tous trop familiers avec le désagrément d’une batterie déchargée. Mais pour ceux qui comptent sur un appareil de santé portable pour surveiller leur glycémie, réduire les tremblements ou même suivre la fonction cardiaque, prendre du temps pour recharger peut représenter un risque important.

Pour la première fois, des chercheurs du département de génie mécanique de l'université Carnegie Mellon ont montré qu'un appareil de santé pouvait être alimenté uniquement par la chaleur corporelle. En combinant un capteur d'oxymétrie de pouls avec un générateur d'énergie thermoélectrique souple, extensible et portable, cette équipe a mis au point une solution prometteuse pour répondre aux préoccupations concernant la durée de vie des batteries. Leur générateur d'énergie est fabriqué à partir de métal liquide, de semi-conducteurs et de caoutchouc imprimé en 3D.

Mason Zadan, auteur de l’étude, a déclaré : « C’est la première étape vers l’électronique portable sans batterie ». Cette étude est publiée dans la revue Advanced Functional Materials.

Leur système, conçu pour atteindre des performances mécaniques et thermoélectriques élevées avec une intégration transparente des matériaux, présente des avancées dans les matériaux souples, la conception de réseaux TEG, la conception de circuits imprimés à faible consommation d'énergie et la gestion de l'alimentation embarquée.

Carmel Majidi, professeur de génie mécanique et directeur du laboratoire Soft Machines, explique : « Par rapport à nos recherches précédentes, cette conception améliore la densité de puissance d'environ 40 fois, soit 4 000 %. Le composite époxy métal liquide améliore la conductivité thermique entre le composant thermoélectrique et le point de contact de l'appareil sur le corps ».

Pour tester sa tension de sortie, l'appareil a été porté sur la poitrine et le poignet d'un participant au repos et en mouvement.

Zadan a déclaré : « Nous avons constaté une plus grande tension de sortie lorsque l'appareil était au poignet du participant et que celui-ci était en mouvement. Lorsque le participant bouge, un côté de l'appareil est refroidi par l'augmentation du flux d'air, et l'autre est chauffé par l'augmentation de la température corporelle. La marche et la course ont créé un différentiel de température idéal. »

Le processus par lequel les différences de température sont directement converties en énergie électrique est connu sous le nom d’effet thermoélectrique.

Lorsqu’un matériau thermoélectrique est exposé à un gradient de température, par exemple lorsqu’une extrémité est chauffée tandis que l’autre reste froide, les électrons du matériau commencent à circuler de l’extrémité chaude vers l’extrémité froide. Ce mouvement d’électrons génère un courant électrique. Plus la différence de température est grande, plus le courant électrique produit est important, ce qui produit de l’électricité. Essentiellement, l’effet thermoélectrique nous permet d’exploiter les disparités de température pour créer de l’électricité utilisable, ce qui en fait une voie prometteuse pour la production d’énergie durable.

Le Dr Dinesh K. Patel, chercheur scientifique au sein de l’équipe, souhaite désormais travailler à l’amélioration des performances électriques et à la fabrication de l’appareil. « Nous voulons passer du stade de la preuve de concept à celui d’un produit que les gens pourront commencer à utiliser. »

Cette recherche a été réalisée en collaboration avec Arieca Inc., l’Université de Washington et l’Université nationale de Séoul.

Source d'information:

Mason Zadan et al. Générateurs thermoélectriques extensibles pour la surveillance de la santé portable auto-alimentée. [Advanced Functional Materials (2024)]. DOI: 10.1002/adfm.202404861