Un dispositivo flessibile che raccoglie energia termica per alimentare l’elettronica indossabile
L’elettronica indossabile, dai tracker per la salute e il fitness alle cuffie per realtà virtuale, fa parte della nostra vita quotidiana. Ma trovare modi per alimentare continuamente questi dispositivi è una sfida.
I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato una soluzione innovativa: il primo dispositivo termoelettrico flessibile e indossabile che converte il calore corporeo in elettricità. Questo dispositivo è morbido ed estensibile, ma allo stesso tempo robusto ed efficiente, proprietà che possono essere difficili da combinare.
Il team ha pubblicato questi risultati il 24 luglio in Advanced Energy Materials .
“È un guadagno del 100% se raccogliamo energia termica che altrimenti verrebbe sprecata nell’ambiente circostante. Poiché vogliamo utilizzare quell’energia per l’elettronica autoalimentata, è necessaria una densità di potenza più elevata”, ha affermato Mohammad Malakooti , assistente professore di UW di industria meccanica. “Sfruttiamo la produzione additiva per fabbricare elettronica estensibile, aumentare la loro efficienza e consentire la loro perfetta integrazione nei dispositivi indossabili, rispondendo al contempo alle domande di ricerca fondamentale”.
Anche dopo oltre 15.000 cicli di allungamento al 30% di deformazione, il dispositivo prototipo dei ricercatori rimane completamente funzionante, una caratteristica altamente desiderabile per l’elettronica indossabile e la robotica morbida. Il dispositivo mostra anche un aumento di 6,5 volte della densità di potenza rispetto ai precedenti generatori termoelettrici estensibili.
Per creare questi dispositivi flessibili, i ricercatori hanno stampato in 3D compositi con proprietà funzionali e strutturali ingegnerizzate su ogni strato. Il materiale di riempimento conteneva leghe metalliche liquide, che forniscono un’elevata conduttività elettrica e termica. Queste leghe affrontano i limiti dei dispositivi precedenti, inclusa l’incapacità di allungarsi, un trasferimento di calore inefficiente e un complesso processo di fabbricazione.
Il team ha anche incorporato microsfere cave per dirigere il calore ai semiconduttori nello strato centrale e ridurre il peso del dispositivo.
I ricercatori hanno dimostrato che potrebbero stampare questi dispositivi su tessuti elastici e superfici curve, il che suggerisce che i dispositivi futuri potrebbero essere applicati a vestiti e altri oggetti. Il team è entusiasta delle possibilità future e delle applicazioni nella vita reale dell’elettronica indossabile.
“Un aspetto unico della nostra ricerca è che copre l’intero spettro, dalla sintesi dei materiali alla fabbricazione e caratterizzazione dei dispositivi”, ha affermato Malakooti, che è anche ricercatore presso l’ Istituto per i sistemi nanotecnologici dell’UW . “Questo ci dà la libertà di progettare nuovi materiali, progettare ogni fase del processo ed essere creativi”.
Youngshang Han , studente del master in ingegneria meccanica della UW, è stato l’autore principale dell’articolo. Leif-Erik Simonsen è un ulteriore coautore. Questa ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation.
