Люди — складні машини з рухомими частинами, які згинаються, хлюпають, розтягуються, течуть, тремтять і б’ються. Зараз вчені підключають ці джерела енергії, щоб розв'язувати поширену проблему датчиків, носіїв і імплантованих медичних пристроїв — жахливу розряджену батарею.

Пристрої з автономним живленням можуть бути рішенням, і дослідники виявили, що людське тіло саме по собі може бути зручним джерелом живлення — саме вчасно, щоб живити швидко зростаючий ринок носимих пристроїв. «Електропрепарати» починають кидати виклик фармацевтиці в медицині, тому все більше людей будуть залежати від таких пристроїв, як імплантовані електростимулятори та кардіостимулятори, щоб залишатися здоровими.

«Біобатареї» та очищення енергії можуть зробити ці пристрої енергоавтономними, усунувши потребу в інвазивній хірургії для заміни розряджених батарей. Як бонус, цей бездротовий світ дозволить уникнути витіснення або зараження імплантованих зарядних кабелів — проблем, які сьогодні дуже поширені.

Вчені працюють над пристроями, що живляться від тіла, з початку 2000-х років — досі ця технологія була надто енергомісткою для найменшої кількості електроенергії, яку можна отримати від людини. Але після двох десятиліть прогресу сучасні пристрої споживають надзвичайно низьку кількість енергії, відкриваючи ворота для безлічі ідей і прототипів, які черпають силу від людей.

Мобільна електростанція

Ваші клітини — це в основному батареї — біохімічні, які перетворюють цукристе паливо в енергію. Німецький стартап CELTRO використовує це живе джерело енергії, використовуючи масиви мікроголок для збору крихітної кількості енергії з сотень тисяч клітин. Першим продуктом CELTRO стане крихітний автономний кардіостимулятор. «М’язове скорочення, як і серце, починається в одній точці, а потім поширюється по всьому серцевому м’язу», — говорить генеральний директор і співзасновник Герд Тіпе. «Наша ідея полягала в тому, щоб збирати енергію в кількох точках, щоб використовувати цей ефект лавини». Окрім збору енергії, багатофункціональні мікроголки підключаються до серцевої тканини, щоб стежити за роботою серця та забезпечувати додатковий електричний імпульс для відновлення стимуляції, якщо це необхідно. У 2021 році CELTRO залучив початкове фінансування для лабораторних досліджень концепції.

Паперові паливні елементи

Французький стартап BeFC створює екологічно чисті біобатареї. Його паливна комірка використовує шари вуглецю, целюлози та глюкози, а також крапельку фірмових ферментів. Додавання краплі рідини, скажімо, крові чи сечі, запускає реакцію, яка генерує електрику. Паперові накладки можуть живити одноразові діагностичні пристрої та датчики безперервного моніторингу, такі як набори для моніторингу глюкози для людей з діабетом. Після використання елементи можна навіть компостувати — на відміну від інших мініатюрних батарей, які згодом збирають у смітник або спалюють. Наразі BeFC збирає фінансування серії A та очікує вийти на ринок у 2024 році зі своїми першими продуктами.

Моє трепетне серце

Паризька CAIRDAC розробляє кардіостимулятор, який живиться від самого серця. Його безконтактний кардіостимулятор упакований у капсулу, що містить п’єзоелектричний збирач енергії — маятник, який коливається через серцебиття, кровотік і вібрацію. Коливання перетворюються в електрику та зберігаються, доки пристрій не відчує, що серце потребує поштовху, щоб скинути ритм. Нещодавно стартап залучив 17 мільйонів євро (приблизно 18,3 мільйона доларів) у рамках фінансування серії A, щоб продовжити доклінічні тестування та перейти до випробувань на людях.

Внутрішнє освітлення

Сонячні батареї стають звичним явищем у побуті, і незабаром вони також можуть засвітити медичну техніку. Дослідники з Університету Монаша в Мельбурні, Австралія, виявили, що сонячна панель, розміщена під шкірою, все ще дає до 10 відсотків більше електроенергії, ніж панель під прямим сонячним світлом — цього достатньо для живлення датчика наднизького споживання. Кілька годин на сонці можуть працювати з імплантованим датчиком температури протягом 24 годин, і дослідники кажуть, що найкраще місце для цього – між шиєю та плечем.

Гідроелектричне серце

За словами дослідників Бернського університету у Швейцарії, мінітурбіни можуть використовувати потік крові та перетворювати його на електрику. Вони розробили турбіну у формі торпеди, яку можна імплантувати в кровоносну судину в серці, виробляючи електроенергію з кровотоку, подібно до гідроелектростанції. Велика проблема, яка ще не вирішена, полягає в тому, як уникнути утворення тромбів на лопатях турбіни, але в лабораторних моделях турбіна генерувала достатньо енергії для живлення комерційно доступних безпровідних кардіостимуляторів.

П'єзопатчі

Італійський стартап PiezoSkin каже, що він розробив ультратонкий п’єзоелектричний шкірний пластир, який може одночасно вимірювати рухи та отримувати від них енергію. В одному дослідженні він використовував пластир для моніторингу рухів шиї в людей з дисфагією або труднощами з ковтанням, але біосумісна плівка фірми також могла збирати енергію від інших рухів тіла та вібрації для датчиків і носіїв.

Відчуття тепла

Люди випромінюють близько 100 Вт теплової енергії на день, і, згідно зі швейцарським стартапом Mithras, використання цього тепла може живити переносні біосенсори та навіть імплантовані пристрої. Його термоелектричні генератори, відомі як ТЕГ, створюють електроенергію, використовуючи різницю температур між тілом і навколишнім середовищем. Мітра оцінює, що з різницею в 5 градусів за Цельсієм шкірна ділянка TEG площею 12 квадратних сантиметрів може повністю забезпечити живлення кохлеарного імплантату.

Джерело