Исследователи создали аккумулятор толщиной в микрометр для питания «умных» контактных линз
Учёные из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) создали прототип гибкого аккумулятора толщиной с роговицу человеческого глаза. Он сохраняет накопленное электричество при погружении в физиологический раствор. Как говорят специалисты, в будущем от такого аккумулятора можно будет питать умные контактные линзы.
«Умные» контактные линзы представляют собой высокотехнологичный продукт, который позволяет отображать информацию на человеческой роговице и использовать её для доступа к дополненной реальности. Настоящая область применения этого продукта включает в себя помощь в коррекции зрения, выявление хронических заболеваний глазного аппарата, мониторинг здоровья. В будущем специалисты могут разработать интеллектуальные контактные линзы, которые будут записывать в облако все, что видит и слышит их владелец.
Однако для реализации будущего потенциала таких линз требуется разработать безопасную и подходящую аккумуляторную батарею для обеспечения их питания. Существующие перезаряжаемые источники питания, основанные на индукционных катушках, содержат металл. Есть исполнения на проводах. Оба варианта небезопасны и неудобны для использования в человеческом глазу. Аккумулятор, который разработали специалисты NTU, создан из биосовместимых материалов, не содержит тяжелых металлов и проводов. Он похож на литий-ионные аккумуляторы и системы беспроводной зарядки. Покрытие выполнено на основе глюкозы, реагирующей с ионами хлорида и натрия в окружающем солевом растворе. Вода в составе батареи является «проводом» или «схемой» для выработки электроэнергии.
Аккумулятор также может получать питание от человеческих слёз. В слезе содержатся ионы калия и натрия в небольшой концентрации. Во время испытаний исследователям удалось показать, что заряд аккумулятора будет продлеваться на дополнительный час за каждые 12 часов цикла использования. Сообщается, что также аккумулятор можно заряжать стандартным способом от внешнего источника питания. Руководитель исследования доцент Ли Сок У (Lee Seok Woo) из Школы электротехники и электроники (EEE) NTU отметил, что исследование они начали с простого вопроса. А можно ли перезарядить аккумуляторы контактных линз с помощью человеческой слезы? До этого уже были предложены варианты аккумуляторов, которые получают питание от человеческого пота.
Предыдущие способы изготовления батарей для линз были несовершенными. У авторов этих исследований получалось, что одна сторона аккумулятора была заряжена, а другая нет. Предложенный на этот раз подход позволяет заряжать оба электрода с помощью уникальной комбинации ферментативной реакции и реакции самовосстановления. Кроме этого, используется только вода и глюкоза. Оба этих вещества безопасны для здоровья человека и не представляют вреда для окружающей среды. Соавтор исследования д-р Юн Джонхун (Dr Yun Jeonghun), научный сотрудник EEE NTU, отметил, что наиболее распространённая система для зарядки таких аккумуляторов требует наличия металлических электродов в линзе. А они вредны для человеческого глаза. Индукционная зарядка для передачи энергии аккумулятора требует катушки в линзах, подобно той, что обеспечивает беспроводную зарядку смартфона. Поэтому аккумулятор, получающий питание от человеческой слезы, является гораздо более безопасным и устраняет перечисленные проблемы.
Для того чтобы подчеркнуть важность проделанной работы, исследователи отмечают использование глюкозы в основе электрохимических процессов аккумулятора. Сейчас индустрия умных контактных линз нуждается в тонкой биосовместимой АКБ, которая не содержит тяжёлых металлов. Поэтому разработка может значительно продвинуть исследования в этом направлении и удовлетворить потребности отрасли.
Исследовательская группа подала заявку на патент своей разработки через NTUitive, инновационную и предпринимательскую компанию NTU. В настоящее время ведётся работа над коммерциализацией изобретения. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Nano Energy.
Специалисты продемонстрировали своё изобретение на модели человеческого глаза. Аккумулятор имеет толщину всего 0,5 мм и генерирует электричество при реакции с базальными слезами — постоянными слезами, которые создают тонкую пленку над нашими глазными яблоками. Больше ничего не нужно для работы устройств, встроенных в линзы. Гибкая плоская аккумуляторная батарея разряжается посредством процесса, который носит название восстановления. Это происходит при реакции с ионами в слезе. В результате генерируются энергии и ток в умных контактных линзах.
Исследователи показали, что аккумулятор может выдавать ток величиной 45 микроампер и максимальную мощность 201 микроватт. Этого вполне достаточно для питания «умных» контактных линз. Испытания, проведённые в лаборатории, показали, что аккумулятор может выдержать до 200 циклов заряда и разряда. Для сравнения, стандартные литий-ионные аккумуляторы имеют срок службы 300-500 циклов заряда и разряда. Для заряда аккумулятора учёные рекомендуют поместить его в подходящий раствор, как минимум на 8 часов. Этот раствор должен содержать большое количество натрия глюкозы и калия. Процесс зарядки вполне можно осуществлять ночью пока человек спит.
Ещё один соавтор исследования, аспирантка EEE NTU, Ли Цзункан (Li Zongkang) отметила, что интеграция беспроводного модуля зарядки и суперконденсаторов представляет собой довольно большую проблему из-за ограниченного пространства в линзе. Поэтому работа биотоплива и аккумулятора в одной системе позволяет ему заряжаться самостоятельно, не требуя дополнительного места для беспроводных или проводных модулей зарядки. Кроме того, электроды на внешней стороне контактные линзы не будут мешать зрению. Команда специалистов из NTU планирует проводить дальнейшие исследования в этом направлении с целью улучшения отдаваемого аккумулятором электрического тока. Помимо этого, будет вестись работа с несколькими компаниями, занимающимися производством контактных лиц. С их помощью они будут обкатывать технологию нового аккумулятора.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
