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I ricercatori progettano biofilm in grado di produrre elettricità continua a lungo termine dal tuo sudore

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Un sensore alimentato a biofilm, sul collo, che misura il segnale meccanico della deglutizione. Credito: Liu et al., 10.1038/s41467-022-32105-6

I ricercatori dell’Università del Massachusetts Amherst hanno recentemente annunciato di aver scoperto come progettare un biofilm che raccoglie l’energia durante l’evaporazione e la converte in elettricità. Questo biofilm, che è stato annunciato in Comunicazioni Naturaha il potenziale per rivoluzionare il mondo dell’elettronica indossabile, alimentando qualsiasi cosa, dai sensori medici personali all’elettronica personale.

“Questa è una tecnologia molto eccitante”, afferma Xiaomeng Liu, studente laureato in ingegneria elettrica e informatica presso il College of Engineering di UMass Amherst e autore principale del documento. “È una vera energia verde e, a differenza di altre cosiddette fonti di ‘energia verde’, la sua produzione è totalmente verde”.

Questo perché questo biofilm, un sottile foglio di cellule batteriche dello spessore di un foglio di carta, è prodotto naturalmente da una versione ingegnerizzata del batterio Geobacter sulfurreducens. G. sulfurreducens è noto per produrre elettricità ed è stato precedentemente utilizzato in “batterie microbiche” per alimentare dispositivi elettrici. Ma tali batterie richiedono che G. sulfurreducens sia adeguatamente curato e alimentato con una dieta costante. Al contrario, questo nuovo biofilm, che può fornire tanta, se non più, energia di una batteria di dimensioni comparabili, funziona e funziona continuamente, perché è morto. E poiché è morto, non ha bisogno di essere nutrito.

“È molto più efficiente”, afferma Derek Lovley, illustre professore di microbiologia presso UMass Amherst e uno degli autori senior del documento. “Abbiamo semplificato il processo di generazione di elettricità riducendo radicalmente la quantità di elaborazione necessaria. Coltiviamo in modo sostenibile le cellule in un biofilm e quindi utilizziamo quell’agglomerato di cellule. Questo riduce gli input energetici, rende tutto più semplice e amplia il potenziali applicazioni.”

I ricercatori progettano biofilm in grado di produrre elettricità continua a lungo termine dal tuo sudore

Vista schematica (r) e foto reale (l) di un dispositivo a biofilm. Credito: Liu et al., 10.1038/s41467-022-32105-6

Il segreto dietro questo nuovo biofilm è che ricava energia dall’umidità della pelle. Sebbene ogni giorno leggiamo storie sull’energia solare, almeno il 50% dell’energia solare che raggiunge la terra va verso l’evaporazione dell’acqua. “Questa è un’enorme fonte di energia non sfruttata”, afferma Jun Yao, professore di ingegneria elettrica e informatica presso UMass e l’altro autore senior del documento. Poiché la superficie della nostra pelle è costantemente umida di sudore, il biofilm può “inserirsi” e convertire l’energia bloccata nell’evaporazione in energia sufficiente per alimentare piccoli dispositivi.

“Il fattore limitante dell’elettronica indossabile”, afferma Yao, “è sempre stato l’alimentatore. Le batterie si scaricano e devono essere sostituite o ricaricate. Sono anche ingombranti, pesanti e scomode”. Ma un biofilm trasparente, piccolo, sottile e flessibile che produce una fornitura continua e costante di elettricità e che può essere indossato, come un cerotto, come un cerotto applicato direttamente sulla pelle, risolve tutti questi problemi.

I ricercatori progettano biofilm in grado di produrre elettricità continua a lungo termine dal tuo sudore

Un array di dispositivi integrato alimenta un piccolo schermo LCD. Credito: Liu et al., 10.1038/s41467-022-32105-6

Ciò che fa funzionare tutto questo è che G. sulfurreducens cresce in colonie che sembrano sottili stuoie e ciascuno dei singoli microbi si collega ai suoi vicini attraverso una serie di nanofili naturali. Il team raccoglie quindi questi tappetini e utilizza un laser per incidere piccoli circuiti nei film. Una volta che le pellicole sono state incise, vengono inserite tra gli elettrodi e infine sigillate in un polimero morbido, appiccicoso e traspirante che puoi applicare direttamente sulla pelle. Una volta che questa minuscola batteria viene “collegata” applicandola al tuo corpo, può alimentare piccoli dispositivi.

“Il nostro prossimo passo è aumentare le dimensioni delle nostre pellicole per alimentare dispositivi elettronici indossabili più sofisticati”, afferma Yao, e Liu sottolinea che uno degli obiettivi è alimentare interi sistemi elettronici, piuttosto che singoli dispositivi.


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