মানুষের চালিত ডিভাইসের জন্য নতুন ব্যাটারি স্থাপনযোগ্য-?
বিদেশী মিডিয়ার প্রতিবেদন অনুসারে, বিজ্ঞানীরা বর্তমানে মানবদেহে যান্ত্রিক, তাপীয় এবং রাসায়নিক শক্তিকে পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব, তাপ শক্তি রূপান্তর, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক প্রভাব এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর নিয়ে অধ্যয়ন করছেন, যাতে পরিধানযোগ্য বা ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইস সরবরাহ করা যায়। . দ্বারা চালিত
In ISing the Body Electric, poet Walt Whitman speaks fondly of the "action and power" of "beautiful, strange, breathing, laughing muscles." More than 150 years later, MIT materials scientist and engineer Canan Dagdeviren and her colleagues are using research to give new meaning to Whitman's poetry. They are working on a device that can generate electricity from the beating of people's hearts.
Today's electronics are so powerful that the computing power of smartphones far exceeds the processing power of NASA's associated crew equipment when the first astronauts were sent to the moon in 1969. Over time, the rapid development of technology has led to higher and higher expectations for wearable or implantable devices.
The main drawback of most wearable and implantable devices is still battery life, whose limited battery capacity can limit the long-term use of the device. When the pacemaker's power runs out, all you need to do is replace the battery for the patient's surgery. The fundamental solution to this problem may lie within the human body, which is rich in chemical, thermal, and mechanical energy. This has led scientists to repeatedly study how the device harvests energy from the human body.
For example, the movement a person makes while breathing can generate 0.83 watts of energy; the human body has about 4.8 watts of heat in a calm state; and a person's arms can generate up to 60 watts of energy when exercising. A pacemaker needs only five millionths of a watt to run for seven years, a hearing aid needs only one thousandth of a watt to run for five days, and a watt of power can power a smartphone for five Hour.
এখন ড্যাগভিরেন এবং সহকর্মীরা তদন্ত করছেন কীভাবে মানবদেহকে ডিভাইসটির জন্য শক্তির উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যায়। গবেষকরা ইতিমধ্যে প্রাণী এবং মানুষের মধ্যে পরিধানযোগ্য বা ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইসের পরীক্ষা শুরু করেছেন।
এই শক্তি সংগ্রহের কৌশলগুলির মধ্যে একটি হল কম্পন, চাপ এবং অন্যান্য যান্ত্রিক চাপ থেকে শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করা। এই পদ্ধতিটি পাইজোইলেকট্রিসিটি নামে পরিচিত- তৈরি করে, যা সাধারণত স্পিকার এবং মাইক্রোফোনে ব্যবহৃত হয়।
A commonly used piezoelectric material is lead titanate zirconate, but its high lead content has raised concerns because lead is too toxic to humans. "But to break down the lead structurally, you need to heat it to more than 700 degrees Celsius," Dagvilen said. "You'll never get to that temperature in the human body."
To take advantage of the piezoelectric effect, Dagviren and her colleagues developed flat devices that can be attached to organs and muscles such as the heart, lungs and diaphragm. These devices are "mechanically invisible" because their mechanical properties are more similar to their environment, so they move without interfering with the normal functioning of these tissues.
So far, the devices have been tested on cows, sheep and pigs, because these animals have hearts about the same size as a human heart. "When these devices are mechanically distorted, they generate positive and negative charges, voltages and currents, so that energy can be harvested to charge the battery," Dagviren explained. "You can use them to run the heart biomedical devices such as pacemakers, rather than having to be surgically replaced every six or seven years after the battery is depleted."
বিজ্ঞানীরা পরিধানযোগ্য পাইজোইলেকট্রিক শক্তি সংগ্রহকারীও তৈরি করছেন যা হাঁটু বা কনুইতে পরা যেতে পারে বা জুতা, প্যান্ট বা অন্তর্বাসে রাখা যেতে পারে। এইভাবে, একজন ব্যক্তি ইলেকট্রনিক্সের জন্য বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে পারে যখন তারা হাঁটে বা বাঁকবে।
It may seem counterintuitive when designing piezoelectric components that you don't need the best materials for generating electricity. For example, instead of choosing a material that can convert 5 percent of mechanical energy into electrical energy, scientists may use materials that have a conversion efficiency of 2 percent or less. If it translates more, "it may do so by putting more load on the body, but the user certainly doesn't want to get tired from that," Dagvilen said.
Another energy harvesting method is to use thermoelectric conversion materials to convert bulk heat into electrical energy. "Your heart beats more than 40 million times a year," Dagviren points out. All of this energy is dissipated as body heat—a potential resource that can be captured.
Human thermal power generation does face some major problems. This type of energy conversion often relies on temperature differences, but the body's body temperature often remains fairly constant, so the temperature differences within the body are not high enough to generate a lot of electricity. However, if these devices could be exposed to a relatively cool external environment while collecting body temperature, the problem could be solved.
Scientists are exploring heat-generating devices for wearable devices, such as powering watches. The heat produced by the human body could, in principle, generate enough electricity to power wireless health monitors, artificial hearing aids and cerebral cortical stimulators for Parkinson's disease.
এছাড়াও, বিজ্ঞানীরা সাধারণ ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক প্রভাবের মাধ্যমে ডিভাইসগুলিকে শক্তি দেওয়ার চেষ্টা করছেন। যখন দুটি ভিন্ন পদার্থ একে অপরের সাথে বারবার সংঘর্ষ বা ঘষে, তখন একটির পৃষ্ঠ অন্যটির পৃষ্ঠ থেকে ইলেকট্রন ধরতে পারে, একটি বৈদ্যুতিক চার্জ জমা করে, একটি ঘটনা যা ট্রাইবোইলেকট্রিক বিদ্যুতায়ন নামে পরিচিত। ট্রাইবোইলেক্ট্রিক ইলেকট্রিফিকেশনের একটি প্রধান সুবিধা হল প্রাকৃতিক এবং সিন্থেটিক উভয় ধরনেরই প্রায় সব উপকরণের ক্ষমতা, যা স্ট্যাটিক ইলেক্ট্রিসিটি তৈরি করতে পারে, যা গবেষকদের জন্য বিভিন্ন ধরনের গ্যাজেট ডিজাইন করার অনেক সম্ভাবনা উন্মুক্ত করে।
"The more I study triboelectricity, the more exciting it is, and the more applications it may have," said Georgia Tech nanotechnology expert ZhongLin Wang, co-author of the paper. "I can Seeing myself committing to this research for the next 20 years."
The amount of electricity produced by different materials through triboelectricity varies widely, so scientists are experimenting with a variety of materials. The researchers made grids of cubes that resemble microscopic city blocks, nanowires that resemble bamboo forests, and pyramid arrays of the kind that resemble the Great Pyramid of Giza. Not only do these materials "look beautiful," Wang said, but covering the surface with an array of pyramids can increase power generation by a factor of five compared to flat panels.
Researchers have conducted experiments in mice, rabbits and pigs, where they have tested pacemakers, heart monitors and other implantable devices powered by breathing and the rapid heartbeat. "We're also investigating whether we can use triboelectricity to stimulate cell growth and accelerate wound healing," Wang said. "Also, we've started triboelectric experiments on neural stimulation to see if we can do it for neuroscience. any contribution."
Wang and his colleagues also designed wearable devices that are triboelectrically charged. For example, they made triboelectric cloths that can charge flexible wristbands with lithium-ion batteries. The gadget powers a Bluetooth-enabled wearable heart rate monitor, which transmits its data wirelessly to a smartphone. "The mechanical energy generated by human movement every day can be converted into electricity through our cloth," Wang said.
আরেকটি কৌশল জৈব জ্বালানী কোষ নামক ডিভাইসের উপর নির্ভর করে, যা এনজাইম এবং শক্তির মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে{0}}শরীরে সঞ্চয় অণু যেমন রক্তে গ্লুকোজ, বা ঘামে নিঃসৃত ল্যাকটেট। উদাহরণস্বরূপ, ছত্রাক থেকে নিষ্কাশিত সেলোবায়োজ ডিহাইড্রোজেনেস গ্লুকোজ ভেঙ্গে দিতে পারে এবং ন্যানোমিটার (এক মিটারের বিলিয়নতম) কার্বন টিউবে বৈদ্যুতিক প্রবাহ তৈরি করতে পারে।
এনজাইম নির্বাচন চতুর হতে পারে। উদাহরণ স্বরূপ, যখন বেশ কিছু বিজ্ঞানী আবিষ্কার করেছেন যে গ্লুকোজ অক্সিডেস ল্যাবরেটরি ইঁদুরে বসানো জৈব জ্বালানী কোষে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে পারে, এনজাইম হাইড্রোজেন পারক্সাইড (একটি সাধারণ ব্লিচ উপাদান)ও তৈরি করে, যা ডিভাইসের কর্মক্ষমতাকে খারাপ করে দিতে পারে এবং শারীরিক ক্ষতি করতে পারে।
অন্য একটি গবেষণায়, ইলেক্ট্রন মাইক্রোগ্রাফ স্ক্যান করে দেখা গেছে যে একটি পরীক্ষামূলক জৈব জ্বালানী কোষে ব্যবহৃত কার্বন ন্যানোটিউব শরীর থেকে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে সক্ষম। টিউবগুলি এনজাইম দ্বারা আবৃত থাকে যা প্রাকৃতিক শক্তির অণুগুলিকে প্রক্রিয়া করে, যেমন ঘামে ল্যাকটেট বা রক্তে গ্লুকোজ। এনজাইমগুলিকে শক্তির সাথে বিক্রিয়া করার জন্য একটি বিশাল পৃষ্ঠ এলাকা প্রদান করার সময় টুলটি ইলেক্ট্রোঅ্যাকটিভ হয়, একটি প্রদত্ত ভলিউমের জন্য আরও বিদ্যুৎ উৎপন্ন করার অনুমতি দেয়।
ফরাসি বিজ্ঞানীরাও এনজাইম-কোটেড কার্বন ন্যানোটিউবের উপর ভিত্তি করে একটি জৈব জ্বালানী কোষ তৈরি করেছেন যেটির আকার প্রায় আধা চা চামচ এবং ইঁদুরের মধ্যে বসানো হলে, রক্তে শর্করার সাথে বিক্রিয়া করে একটি LED বা ডিজিটাল থার্মোমিটার পাওয়ার জন্য পর্যাপ্ত বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে পারে। . পরীক্ষায় আরও দেখা গেছে যে হেডব্যান্ড এবং কব্জিতে বোনা ফ্যাব্রিক জৈব জ্বালানী কোষগুলি এনজাইমের সাথে দুধ এবং ঘামে ল্যাকটিক অ্যাসিডের রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে ঘড়ি পাওয়ার জন্য পর্যাপ্ত বিদ্যুৎ তৈরি করতে পারে।
যতদূর ড্যাগভিলেন সচেতন, এই ডিভাইসগুলির কোনটিই বর্তমানে বাজারে নেই। তবে তিনি ভবিষ্যদ্বাণী করেছেন যে প্রযুক্তিটি এক দশকেরও কম সময়ের মধ্যে বাজারে আসবে। ভবিষ্যতে, শক্তি সংগ্রহের ডিভাইসগুলি মানবদেহের জন্য আরও উপযুক্ত হয়ে উঠতে পারে। ড্যাগভিলেন এবং তার সহকর্মীরা এমনকি অবক্ষয়যোগ্য শক্তি-উৎপাদনকারী গ্যাজেটগুলিতেও কাজ করছেন৷
"Imagine," she said, "putting a device in your body, and after a while it degrades into molecules that dissolve into body fluids, and you can take it out without opening your chest: we can use biodegradable Materials such as silk and zinc oxide that decompose over time."
