Самопитающиеся биосенсоры могут открыть новые пути для медицинского мониторинга и лечения
Международная команда исследователей предполагает, что достижения в области материалов и электронного дизайна могут позволить преобразовывать биомеханическую энергию в электрическую. Это открывает путь для носимых и имплантируемых устройств, не требующих постоянной подзарядки от громоздких аккумуляторов.
Исследователи рассмотрели область с двух перспектив:
- Создание устройств, способных собирать энергию.
- Разработка сенсоров, способных питать себя сами.
Энергособирающее устройство может создавать энергию для питания других приборов, а самопитающийся сенсор может служить автономным устройством. В некоторых случаях движение, генерирующее энергию для сенсора, может также быть теми данными, которые сенсор призван собирать.
Ключевой элемент: растяжимые пьезоэлектрические материалы
Эти твёрдые вещества, способные накапливать электрические заряды, критически важны для разработки. Поскольку человеческие ткани мягкие и постоянно меняют форму, материалы должны быть гибкими и растяжимыми.
Такие устройства могут быть носимых на поверхности кожи для сбора информации в виде кровотока, сердцебиения, частоты дыхания и подобных движений, создающих вибрации. Благодаря новым материалам, сгибающее движение мышц, обычно мешающее жёстким носимых устройствам, может фактически помогать создавать энергию для питания биосенсоров.
Перспективы для имплантатов
Биосенсоры могут не только размещаться на коже, но и однажды быть имплантированы в тело. Достижения в дизайне и разработке материалов за последнее десятилетие позволили создать гибкие и прочные пьезоэлектрические материалы, которые могут выдерживать среду внутри тела, оставаясь при этом достаточно чувствительными и эффективными, чтобы улавливать и преобразовывать даже минимальные движения, такие как сердцебиение и дыхание.
Команда также рассматривает создание сенсоров двойного назначения — они могут собирать энергию из тех самых телесных процессов, которые призваны мониторить. Например, сенсор мог бы собирать энергию от сердцебиений и одновременно передавать информацию о сердце врачам.
Исследователи отмечают, что для создания точных моделей таких высокопроизводительных устройств потребуются продвинутые вычислительные системы. Анализ прошлых подходов к проектированию растяжимых энергособирателей и самопитающихся сенсоров может помочь в решении современных задач проектирования.