يطور المهندسون الحيويون فئة جديدة من الإلكترونيات الحيوية ذات التأثير المغنطيسي العملاق التي تعمل بالطاقة البشرية
مولد مغناطيسي مطاطي مقاوم للماء

مولد مغناطيسي مرن مقاوم للماء ومصمم من قبل UCLA للإلكترونيات الحيوية. الائتمان: جون تشين / جامعة كاليفورنيا

اخترع فريق من المهندسين البيولوجيين في كلية سامويلي للهندسة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، جهازًا إلكترونيًا إلكترونيًا بيولوجيًا ناعمًا ومرنًا يعمل بالطاقة الذاتية. تعمل هذه التقنية على تحويل حركات جسم الإنسان – من ثني الكوع إلى الحركات الدقيقة مثل النبض على الرسغ – إلى كهرباء يمكن استخدامها لتشغيل أجهزة استشعار تشخيصية يمكن ارتداؤها وزرعها.

اكتشف الباحثون أن التأثير المغنطيسي المرن ، وهو التغيير في مقدار مغناطيس المادة عندما يتم دفع مغناطيسات صغيرة باستمرار معًا وفصلها عن طريق الضغط الميكانيكي ، يمكن أن يوجد في نظام ناعم ومرن – وليس فقط نظام جامد. لإثبات مفهومهم ، استخدم الفريق مغناطيسات مجهرية مشتتة في مصفوفة سيليكون رقيقة الورق لتوليد مجال مغناطيسي يتغير في القوة مع تموج المصفوفة. مع تغير شدة المجال المغناطيسي ، يتم توليد الكهرباء.

مواد الطبيعة نُشر اليوم (30 سبتمبر 2021) دراسة بحثية توضح بالتفصيل الاكتشاف والنموذج النظري وراء الاختراق والمظاهرة. تم تسليط الضوء على البحث أيضا من قبل طبيعة سجية.

قال قائد الدراسة Jun Chen ، الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية بجامعة UCLA Samueli: “إن اكتشافنا يفتح طريقًا جديدًا للطاقة العملية والاستشعار والتقنيات العلاجية التي تتمحور حول جسم الإنسان ويمكن ربطها بإنترنت الأشياء”. “ما يجعل هذه التكنولوجيا فريدة من نوعها هو أنها تسمح للأشخاص بالتمدد والتحرك براحة عند ضغط الجهاز على جلد الإنسان ، ولأنه يعتمد على المغناطيسية بدلاً من الكهرباء ، فإن الرطوبة وعرقنا لا يضر بفعاليته.”

قام تشين وفريقه ببناء مولد مغناطيسي مرن صغير (بحجم ربع الولايات المتحدة تقريبًا) مصنوع من مصفوفة بوليمر سيليكون محفز بالبلاتين ومغناطيسات نانوية من النيوديميوم والحديد والبورون. ثم قاموا بتثبيته على مرفق الشخص بشريط سيليكون ناعم ومطاطي. كان التأثير المرن المغنطيسي الذي لاحظوه أكبر بأربع مرات من التركيبات ذات الحجم المماثل مع السبائك المعدنية الصلبة. ونتيجة لذلك ، قام الجهاز بتوليد تيارات كهربائية تبلغ 4.27 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع ، وهو ما يعد أفضل بـ 10000 مرة من أفضل تقنية مماثلة تالية.

في الواقع ، المولد المرن المغنطيسي حساس للغاية بحيث يمكنه تحويل موجات النبض البشرية إلى إشارات كهربائية ويعمل كمراقب لمعدل ضربات القلب يعمل بالطاقة الذاتية ومقاوم للماء. يمكن أيضًا استخدام الكهرباء المولدة لتشغيل الأجهزة الأخرى القابلة للارتداء بشكل مستدام ، مثل مستشعر العرق أو مقياس الحرارة.

كانت هناك جهود مستمرة لصنع مولدات يمكن ارتداؤها تجمع الطاقة من حركات جسم الإنسان إلى أجهزة استشعار الطاقة والأجهزة الأخرى ، لكن الافتقار إلى التطبيق العملي أعاق هذا التقدم. على سبيل المثال ، لا تنحني السبائك المعدنية الصلبة ذات التأثير المرن الممغنط بشكل كافٍ للضغط على الجلد وتوليد مستويات ذات مغزى من الطاقة للتطبيقات القابلة للحياة.

تميل الأجهزة الأخرى التي تعتمد على الكهرباء الساكنة إلى عدم توليد طاقة كافية. يمكن أن يتأثر أدائها أيضًا في الظروف الرطبة ، أو عندما يكون هناك عرق على الجلد. حاول البعض تغليف مثل هذه الأجهزة لإبعاد المياه ، لكن هذا يقلل من فعاليتها. ومع ذلك ، فقد تم اختبار المولدات الجديدة القابلة للارتداء والمغناطيسية القابلة للارتداء لفريق UCLA جيدًا حتى بعد نقعها في العرق الاصطناعي لمدة أسبوع.

المرجع: “تأثير مرن مغناطيسي عملاق في الأنظمة اللينة للإلكترونيات الحيوية” 30 سبتمبر 2021 ، مواد الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41563-021-01093-1

يعد الباحث ما بعد الدكتوراه بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس Samueli Yihao Zhou وطالب الدراسات العليا Xun Zhao أول مؤلفي الدراسة. تم نصحهما من قبل تشين ، الذي يدير مجموعة الإلكترونيات الحيوية القابلة للارتداء التابعة لجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، وهو جزء من جمعية UCLA لزملاء هيلمان. المؤلفون الآخرون هم طلاب الدراسات العليا في جامعة كاليفورنيا ، جينغ شو وجوروي تشين ، وباحثا ما بعد الدكتوراه يون شنغ فانغ ويانغ سونغ ، وكذلك سونغ لي – الأستاذ ورئيس قسم الهندسة الحيوية.

تم تسجيل براءة اختراع على التكنولوجيا من قبل UCLA Technology Development Group.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *