UCLA研究人员开发自动可穿戴生物电子设备

加州大学洛杉矶分校的生物电子设备
UCLA设计的自供电,可拉伸的防水磁弹性发电机用于生物电子学(图片来源:Jun Chen)

加州大学洛杉矶分校塞缪尔工程学院的一支生物工程团队发明了一种新颖的柔软且灵活的自我发电的生物电子设备。该技术将人体运动转化为从肘部弯曲到诸如手腕上的脉搏的微妙动作 - 到电力,可用于为可穿戴和可植入的诊断传感器供电。

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研究人员发现,磁弹性效应是在不断将小磁铁推动在一起并通过机械压力拉开时的材料被磁化量的变化,它可能存在于柔软而柔性的系统中,而不仅仅是刚性的系统。为了证明他们的概念,该团队使用了分散在薄硅基质中的显微镜磁铁来生成一个磁场,该磁场随着基质的起伏而变化。随着磁场的强度移动,产生了电力,报道了加州大学洛杉矶加州大学苏利岛

自然材料今天发表了一项研究,详细介绍了该发现,这是突破和演示背后的理论模型。该研究也强调了自然

UCLA Samueli生物工程助理教授Jun Chen说:“我们的发现为以人体为中心的实用能量,感应和治疗技术开辟了新的途径,可以与物联网联系起来。”“使这项技术的独特之处在于,它使人们在设备被压在人皮上时可以舒适地伸展和移动,并且因为它依赖于磁性而不是电力,湿度和我们自己的汗水不会损害其有效性。”

Chen和他的团队建造了由铂催化的有机硅聚合物矩阵和Neodymim-rim-ron-Boron纳米磁铁制成的小型,灵活的磁弹性发电机(大约是美国季度的大小)。然后,他们用柔软的弹性硅胶带将其固定在受试者的肘部。他们观察到的磁弹性效应是带有刚性金属合金的类似尺寸的设置的四倍。结果,该设备生成的电流为每平方厘米4.27毫安,比下一个最佳可比较技术好10,000倍。

一座大学大楼
加州大学洛杉矶分校塞缪尔工程学院(照片:加州大学洛杉矶分校)

实际上,柔性磁弹性发电机非常敏感,以至于它可以将人类脉搏波转换为电信号,并充当自动的防水心率监测器。产生的电力也可用于可持续为其他可穿戴设备(例如汗水传感器或温度计)供电。

一直在进行的努力使可穿戴的发电机从人体运动中收获能量到动力传感器和其他设备,但缺乏实用性阻碍了这种进步。例如,具有磁弹性效应的刚性金属合金不能充分弯曲以压缩皮肤并为可行的应用产生有意义的功率。

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其他依赖静电的设备往往不会产生足够的能量。他们的表现也可能在潮湿的条件下或皮肤上出汗时受到影响。有些人试图封装这样的设备以防止水,但这削弱了它们的有效性。然而,加州大学洛杉矶分校(UCLA)团队的小说可穿戴磁弹性发电机即使在人工汗水中浸泡了一周后,也经过了很好的测试。

UCLA技术开发小组已提交了有关该技术的专利。

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