Mehanoelektrična konverzija energije nudi obećavajuće rešenje za napajanje minijaturizovanih biomedicinskih uređaja, kao što su srčani pejsmejkeri, moždani stimulatori, nosivi sistemi za isporuku lekova i još mnogo toga.
Iako je u protekloj deceniji bilo različitih predloga za minijaturne mehanoelektrične pretvarače, ostaje izazov postizanja i visoke električne snage i strukture uređaja prilagođenih telu.
Istraživački tim na čelu sa profesorom Liži Ksu sa Odseka za mašinstvo na Fakultetu inženjerskih nauka Univerziteta u Hong Kongu (HKU) razvio je mehanoelektrični pretvarač energije visokih performansi zasnovan na hidrogelovima, klasi mekih polimernih materijala bogatih vodom. .
Istraživači su koristili hidrogel napunjen jonima u sendviču između dve elektrode da bi napravili električni generator. Studija je objavljena u časopisu Nature Communications, pod nazivom „Generator hidrogela velike struje sa projektovanom mehanojonskom asimetrijom“.
„Ključ je da se koristi strukturna i hemijska asimetrija za pojačavanje razdvajanja naelektrisanja u hidrogelu napunjenom jonima“, rekao je profesor Ksu. „Sa ovim asimetričnim dizajnom, električni izlaz hidrogel generatora je poboljšan za redove veličine, što je važno za napajanje minijaturizovanih biomedicinskih uređaja.“
Pod mehaničkom kompresijom koja se primenjuje na uređaj, pozitivno naelektrisani joni i negativno naelektrisani joni u hidrogelu će se kretati različitim brzinama. Razdvajanje električnih naboja će generisati napon i struju, koje može da iskoristi spoljno kolo.
Istraživački tim je dalje iskoristio asimetrične dizajne u uređaju kako bi u velikoj meri poboljšao električnu snagu, dostigavši neobično visok nivo od 5,5 mA/m 2 i 916 mC/m 2 po ciklusu, daleko iznad onih u drugim sistemima. Na primer, on je oko 10 puta veći od triboelektričnih nanogeneratora i drugih fleksibilnih generatora.
„Hidrogelovi su dobre strukture uređaja prilagođene telu jer su meke, fleksibilne i mogu biti dizajnirane da oponašaju svojstva bioloških tkiva. Veoma su biokompatibilni i sposobni da se prilagode obliku različitih tkiva u telu“, rekao je profesor Ksu.
U studiji je demonstriran meki flaster za kontrolisano oslobađanje leka. Tehnologija se dalje može primeniti na mnoge druge biomedicinske uređaje kao što su srčani pejsmejkeri, nosivi zdravstveni monitori, VR/AR interfejsi itd.
