Un nouvel appareil récupère la puissance de vos doigts moites pendant que vous dormez

Un nouvel appareil récupère la puissance de vos doigts moites pendant que vous dormez


Cette vidéo montre une main gauche avec 4 BFC enroulés sur quatre doigts individuels pour collecter de l’énergie simultanément à partir de plusieurs doigts. Crédit : Lu Yin

Vous vous sentez encore plus en sueur à cause d’une vague de chaleur estivale ? Ne vous inquiétez pas, toute votre transpiration ne doit pas être gaspillée. Dans un article publié le 13 juillet dans la revue Joule, les chercheurs ont mis au point un nouvel appareil qui récupère l’énergie de la sueur au bout de vos doigts, de tous les endroits. À ce jour, l’appareil est le récupérateur d’énergie sur le corps le plus efficace jamais inventé, produisant 300 millijoules (mJ) d’énergie par centimètre carré sans aucun apport d’énergie mécanique pendant un sommeil de 10 heures et 30 mJ supplémentaires d’énergie avec une seule pression d’un doigt. Les auteurs affirment que l’appareil représente un pas en avant significatif pour l’électronique portable autonome.

« Normalement, vous voulez un retour sur investissement maximal dans l’énergie. Vous ne voulez pas dépenser beaucoup d’énergie en faisant de l’exercice pour ne récupérer qu’un peu d’énergie », explique l’auteur principal Joseph Wang (@JWangnano), professeur de nano-ingénierie à l’Université de Californie à San Diego. « Mais ici, nous voulions créer un appareil adapté aux activités quotidiennes qui ne nécessite pratiquement aucun investissement énergétique. Vous pouvez appeler cela « le pouvoir de ne rien faire ». »

Appareil recueillant la sueur du bout des doigts

Cette image montre un petit hydrogel (à droite) collectant la sueur du bout du doigt pour le capteur de vitamine C (à gauche), puis affichant le résultat sur l’écran électrochrome. Crédit : Lu Yin

Les anciens appareils énergétiques basés sur la transpiration nécessitaient un exercice intense, comme beaucoup de course à pied ou de vélo, avant que l’utilisateur ne transpire suffisamment pour activer la production d’électricité. Mais la grande quantité d’énergie consommée pendant l’exercice peut facilement annuler l’énergie produite, entraînant souvent un retour sur investissement énergétique inférieur à 1 %.

En revanche, cet appareil appartient à ce que les auteurs appellent la catégorie « Saint Graal » des récupérateurs d’énergie. Au lieu de s’appuyer sur des sources externes irrégulières comme la lumière du soleil ou le mouvement, il suffit d’un contact avec les doigts pour collecter plus de 300 mJ d’énergie pendant le sommeil, ce qui, selon les auteurs, est suffisant pour alimenter de petits appareils électroniques portables. Puisqu’aucun mouvement n’est nécessaire, le rapport entre l’énergie récoltée et l’énergie investie est essentiellement infini.

Il peut sembler étrange de choisir le bout des doigts comme source de cette sueur sur, disons, les aisselles, mais en fait, le bout des doigts a la plus forte concentration de glandes sudoripares par rapport à n’importe où ailleurs sur le corps.


Cette vidéo montre le processus d’emballage du BFC sur le bout du doigt à l’aide d’un film étirable et imperméable. Crédit : Lu Yin

« Générer plus de sueur au niveau des doigts a probablement évolué pour nous aider à mieux saisir les choses », déclare le premier co-auteur Lu Yin (@YinLu_CLT), un doctorant en nano-ingénierie travaillant dans le laboratoire de Wang. « Le taux de transpiration sur le doigt peut atteindre quelques microlitres par centimètre carré par minute. C’est significatif par rapport à d’autres endroits du corps, où les taux de transpiration sont peut-être deux ou trois ordres de grandeur plus petits. »

L’appareil que les chercheurs ont développé dans cette étude est un type de récupérateur d’énergie appelé biopile à combustible (BFC) et est alimenté par du lactate, un composé dissous dans la sueur. De l’extérieur, cela ressemble à un simple morceau de mousse relié à un circuit avec des électrodes, le tout attaché à la pulpe d’un doigt. La mousse est composée de nanotubes de carbone et l’appareil contient également un hydrogel qui aide à maximiser l’absorption de la transpiration.

« La taille de l’appareil est d’environ 1 centimètre carré. Son matériau est également flexible, vous n’avez donc pas à vous soucier qu’il soit trop rigide ou qu’il se sente bizarre. Vous pouvez le porter confortablement pendant une période prolongée », explique Yin.

Au sein de l’appareil, une série de réactions électrochimiques se produisent. Les cellules sont équipées d’une bioenzyme sur l’anode qui oxyde ou retire des électrons du lactate ; la cathode est déposée avec une petite quantité de platine pour catalyser une réaction de réduction qui prend l’électron pour transformer l’oxygène en eau. Une fois que cela se produit, les électrons s’écoulent du lactate à travers le circuit, créant un courant électrique. Ce processus se produit spontanément : tant qu’il y a du lactate, aucune énergie supplémentaire n’est nécessaire pour relancer le processus.

Séparés mais complémentaires du BFC, des générateurs piézoélectriques – qui convertissent l’énergie mécanique en électricité – sont également connectés à l’appareil pour récupérer jusqu’à 20 % d’énergie supplémentaire. S’appuyant sur le mouvement naturel de pincement des doigts ou des mouvements quotidiens comme la frappe, ces générateurs ont permis de produire de l’énergie supplémentaire à partir de pratiquement aucun travail : une seule pression d’un doigt une fois par heure ne nécessitait que 0,5 mJ d’énergie mais produisait plus de 30 mJ d’énergie, un 6 000 % de retour sur investissement.

Les chercheurs ont pu utiliser l’appareil pour alimenter des systèmes efficaces de détection de la vitamine C et du sodium, et ils sont optimistes quant à l’amélioration de l’appareil pour avoir des capacités encore plus grandes à l’avenir, ce qui pourrait le rendre adapté aux applications de santé et de bien-être telles que le glucose. mètres pour les personnes atteintes de diabète. « Nous voulons que cet appareil soit plus étroitement intégré dans des formes portables, comme des gants. Nous explorons également la possibilité d’activer la connexion sans fil aux appareils mobiles pour une détection continue étendue », a déclaré Yin.

« Il y a beaucoup de potentiel passionnant », dit Wang. “Nous avons dix doigts avec lesquels jouer.”

Pour en savoir plus sur cette recherche, lisez L’appareil portable transforme le toucher d’un doigt en une source d’énergie.

Référence : « A Passive Perspiration Biofuel Cell : High Energy Return on Investment » par Muyang Lin, Mengzhu Cao, Alexander Trifonov, Fangyu Zhang, Zhiyuan Lou, Jae-Min Jeong, Sang-Jin Lee et Sheng Xu, 13 juillet 2021, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2021.06.004

Ce travail a été soutenu par le Centre UCSD pour les capteurs portables.

Related Posts