新しいウェアラブルデバイスは人体を電池に変える

コロラド大学ボルダー校の研究者たちは、人体を生体電池に変える、低コストの新しいウェアラブルデバイスを開発した。

Science Advances誌に2月10日掲載されたデバイスは、利用者がリング、ブレスレットやあなたの肌に触れる他のアクセサリーのようにそれを身に着けることができるように十分に伸縮性がある。それはまた、体内の温度を電気に変換するために熱電発電機を採用している。

論文の主著者でコロラド大学ボルダー校機械工学科の准教授であるJianliang Xiaoらが開発したデバイスは、皮膚の面積1平方センチメートルごとに約1ボルトのエネルギーを生成することができ、既存のほとんどのバッテリーよりも面積あたりの電圧は低いが、時計やフィットネストラッカーのような電子機器に電力を供給するには十分だ。

他の研究者たちも以前に同様のサーモエレクトリックウェアラブルデバイスの実験を行ったことがあるが、Xiaoのデバイスは伸縮性があり、損傷しても自己修復が可能で、完全にリサイクルが可能であるため、従来の電子機器に代わるクリーンな代替品となっている。

「電池を使用すると、その電池を消耗してしまい、最終的には電池を交換する必要が出てくる。私たちのサーモエレクトリックデバイスの良いところは、身につけることができ、一定の電力を供給してくれることだ」とXiaoは言う。「将来的には、私たちはバッテリーを含めることなく、ウェアラブル電子機器に電力を供給することができるようにしたい」

このプロジェクトは、人間とロボットを融合させるというXiaoの最初の試みではない。彼と彼の同僚は以前、「電子皮膚」をデザインする実験を行ったことがある。そのアンドロイドの表皮は、しかし、動作するためには、外部電源に接続する必要がある。

ウェアラブルデバイスは、ポリイミンと呼ばれる伸縮性のある材料で作られたベースから始まる。科学者たちは、そのベースに薄い熱電チップを貼り付け、液体金属線で接続します。最終的な製品は、プラスチック製のブレスレットとミニチュアコンピュータのマザーボード、またはハイテクなダイヤモンドリングの間のクロスのように見える。

システム全体を伸縮可能にしているので、熱電材料に大きな負担をかけることなく、もろくなることがないと、Xiaoは説明している。さらに、発電機のブロックを増やせば、そのパワーを簡単にアップさせることができる。

Xiaoの電子皮膚のように、新しいデバイスは生体組織のように弾力性がある。例えば、デバイスが破れてしまった場合は、破れた部分をつまみ合わせれば、数分で元通りになる。デバイスが終わったら、電子部品を分離してポリイミンベースを溶解する特殊な溶液に浸すことができ、それらの成分の一つ一つを再利用することができる。

設計にはまだ工夫が必要だが、彼のグループのデバイスは5年から10年後には市場に出てくると考えている。

参考文献

Wei Ren, Yan Sun, Dongliang Zhao, Ablimit Aili, Shun Zhang, Chuanqian Shi, Jialun Zhang, Huiyuan Geng, Jie Zhang, Lixia Zhang, Jianliang Xiao, Ronggui Yang. High-performance wearable thermoelectric generator with self-healing, recycling, and Lego-like reconfiguring capabilities. Science Advances, 2021; 7 (7): eabe0586 DOI: 10.1126/sciadv.abe0586