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Un dispositivo flessibile che raccoglie energia termica per alimentare l’elettronica indossabile

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I ricercatori dell’Università di Washington hanno creato il primo dispositivo termoelettrico flessibile e indossabile che converte il calore corporeo in elettricità. Questo dispositivo è morbido ed estensibile, ma allo stesso tempo robusto ed efficiente, proprietà che possono essere difficili da combinare. Credito: Han et al./Materiali energetici avanzati

L’elettronica indossabile, dai tracker per la salute e il fitness alle cuffie per realtà virtuale, fa parte della nostra vita quotidiana. Ma trovare modi per alimentare continuamente questi dispositivi è una sfida.

I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato una soluzione innovativa: il primo dispositivo termoelettrico flessibile e indossabile che converte il calore corporeo in elettricità. Questo dispositivo è morbido ed estensibile, ma allo stesso tempo robusto ed efficiente, proprietà che possono essere difficili da combinare.

Il team ha pubblicato questi risultati il ​​24 luglio a Materiali energetici avanzati.

“È un guadagno del 100% se raccogliamo energia termica che altrimenti verrebbe sprecata nell’ambiente circostante. Poiché vogliamo utilizzare quell’energia per l’elettronica autoalimentata, è necessaria una densità di potenza più elevata”, ha affermato Mohammad Malakooti, ​​assistente di UW professore di ingegneria meccanica. “Sfruttiamo la produzione additiva per fabbricare elettronica estensibile, aumentare la loro efficienza e consentire la loro perfetta integrazione nei dispositivi indossabili, rispondendo al contempo alle domande di ricerca fondamentale”.

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Anche dopo oltre 15.000 cicli di allungamento al 30% di deformazione, il dispositivo prototipo dei ricercatori rimane completamente funzionante, una caratteristica altamente desiderabile per l’elettronica indossabile e la robotica morbida. Il dispositivo mostra anche un aumento di 6,5 volte della densità di potenza rispetto ai precedenti generatori termoelettrici estensibili.

Per creare questi dispositivi flessibili, i ricercatori hanno stampato in 3D compositi con proprietà funzionali e strutturali ingegnerizzate su ogni strato. Il materiale di riempimento conteneva leghe metalliche liquide, che forniscono un’elevata conduttività elettrica e termica. Queste leghe affrontano i limiti dei dispositivi precedenti, inclusa l’incapacità di allungarsi, un trasferimento di calore inefficiente e un complesso processo di fabbricazione.

Il team ha anche incorporato microsfere cave per dirigere il calore ai semiconduttori nello strato centrale e ridurre il peso del dispositivo.

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I ricercatori hanno dimostrato che potrebbero stampare questi dispositivi su tessuti elastici e superfici curve, il che suggerisce che i dispositivi futuri potrebbero essere applicati a vestiti e altri oggetti. Il team è entusiasta delle possibilità future e delle applicazioni nella vita reale dell’elettronica indossabile.

“Un aspetto unico della nostra ricerca è che copre l’intero spettro, dalla sintesi dei materiali alla fabbricazione e caratterizzazione dei dispositivi”, ha affermato Malakooti, ​​che è anche ricercatore presso l’Istituto per i sistemi nanotecnologici dell’UW. “Questo ci dà la libertà di progettare nuovi materiali, progettare ogni fase del processo ed essere creativi”.

Youngshang Han, studente del master UW in ingegneria meccanica, è stato l’autore principale del documento. Leif-Erik Simonsen è un ulteriore coautore.


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