Phát minh ấn tượng: Những thiết bị chạy bằng năng lượng từ cơ thể



Phát minh ấn tượng: Những thiết bị chạy bằng năng lượng từ cơ thể

Quang Huy 19:6 23/1/2016

Năng lượng cho các thiết bị di động hay theo dõi sức khỏe có thể cấy vào con người đang đặt ra nhiều thách thức cho các nhà khoa học. Để giải bài toán này, các nhà khoa học đã tìm cách tiếp cận bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong đó, việc dùng năng lược cơ thể cung cấp cho các thiết bị này đang được tập trung nghiên cứu và thu được những thành công bước đầu.

Cảm biến cấy dưới da dùng năng lượng cơ thể
Các chuyên gia đến từ Đại học Bắc Carolina (Mỹ) đã chế tạo thành công cảm biến không dây lấy năng lượng hoạt động từ cơ thể vật chủ. Theo đó, cảm biến mới sẽ hoạt động độc lập mà không cần sạc hoặc thay pin.
 
Cảm biến này xác định mức độ độ ẩm của da giống với những cảm biến được sử dụng trong thiết bị theo dõi sức khỏe và smartwatch đang bán trên thị trường. Những dữ liệu mà cảm biến này thu thập được sẽ truyền không dây đến smartphone để phân tích bằng các ứng dụng di động khác nhau.
 
 
Tấm nhiệt điện có diện tích khoảng 7cm2, công suất 40-50 microwatt trên mỗi 1 cm2 da. Bộ phận chính của cảm biến này có chức năng tạo ra năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ giữa da và không khí (ít nhất là 3 độ C). Khi vật chủ gia tăng cường độ hoạt động thể chất, các tấm nhiệt điện có thể sinh ra công suất lớn gấp 3 bình thường. Với các cảm biến nhiệt độ cơ thể, huyết áp và độ ẩm da, nguồn năng lượng được tạo ra từ cảm biến này có thể đáp ứng yêu cầu. Tuy nhiên, nguồn năng lượng này chưa đủ để sạc điện thoại hoặc các thiết bị đeo khác. Đây là thách thức lớn đặt ra cho nhóm nghiên cứu trong thời gian tới.
 
Thu nạp năng lượng từ vận động cơ thể
Các nhà khoa học đến từ MIT đã phát triển thành công kỹ thuật mới cho phép thu thập năng lượng từ hoạt động của cơ thể người bằng cách tạo ra vật liệu mới dựa trên kỹ thuật điện hóa được dùng khá phổ biến trong công nghệ pin. Khi người đeo chuyển động, thiết bị sẽ co giãn để tạo ra dòng điện với hiệu suất tương đối khả thi để có thể áp dụng vào thực tế.
 
 
Thực ra ý tưởng này không mới. Nhưng phần lớn các nghiên cứu trước đó mới dừng ở nguyên mẫu với hiệu suất chưa cao. Tuy nhiên, cách làm của các nhà nghiên cứu tại MIT hoàn toàn mới khi sử dụng vật liệu điện hóa. Trong đó, họ sử dụng các lớp phim liti cực mỏng để hoạt động như điện cực và dùng loại polymer xốp làm chất điện phân. Khi tổ hợp này bị uốn cong, áp lực sẽ đẩy các ion liti chạy vào polymer xốp, tạo ra dòng điện giữa các điện cực, cung cấp cho thiết bị hoặc sạc vào pin. Dù hệ thống này tạo ra điện bằng chuyển động co giãn của toàn bộ cấu trúc trên, nhưng dòng điện tạo thành lại là xoay chiều.
 
Do không bị giới hạn bởi định luật 2 của nhiệt động lực học, nên hệ thống này có thể đạt hiệu suất 100% trên lý thuyết. Tiếc là nguyên mẫu ban đầu hiện mới đạt hiệu suất 15%. Vì thế, nhóm nghiên cứu đang nỗ lực để sớm cải thiện con số này. Thêm nữa, công nghệ này mới đang ở giai đoạn đầu, nên còn nhiều trở ngại về kỹ thuật cần vượt qua trước khi được ứng dụng vào thực tế.
 
Máy phát điện nhờ nhiệt độ cơ thể
Các nhà khoa học đến từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc đã nghiên cứu và phát triển thành công các năng lượng nhỏ có thể tạo ra điện từ nhiệt độ cơ thể người, hứa hẹn tạo ra bước ngoặt mới cho các thiết bị đeo với khả năng không cần sạc pin.
 
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện này dựa vào khả năng chuyển hóa nhiệt độ cơ thể người thành năng lượng. Trong đó, các tấm vải thủy tinh giữ vai trò bộ máy phát điện sẽ được tích hợp các hỗn hợp trên bề mặt với khả năng nhận biết nguồn nhiệt từ cơ thể hay từ bên ngoài để chuyển hóa thành năng lượng. Theo đánh giá của các nhà khoa học đầu ngành, đây là cách tiếp cận mang tính cách mạng, góp phần giảm đáng kể trọng lượng của nguồn phát, yếu tố cần thiết cho thiết bị điện tử đeo trong tương lai.
 

Việc các nguồn phát điện được làm từ vật liệu là các chất vô cơ có khả năng tạo ra nguồn năng lượng cao hơn các sản phẩm làm từ vật liệu hữu cơ. Việc sử dụng các tấm vải thủy tinh đã được ưu tiên hơn trong việc tạo máy phát điện đeo trên người. Ngoài ra, các tấm vải thủy tin còn giải quyết các vấn đề về kích thước và trọng lượng, thậm chí còn giảm thiểu sự mất nhiệt và tối đa hóa nguồn phát. Tuy nhiên, để máy phát điện đeo trên người này được phổ biến rộng rãi trên thị trường còn cả hành trình dài phía trước.
 
 

Quang Huy

Từ Khóa :