Η έλευση φθηνών αισθητήρων που φοριούνται (Wearable Sensors) και μπορούν να παρακολουθούν τον καρδιακό ρυθμό, τη θερμοκρασία του σώματος, καθώς και τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα όπως και τα μεταβολικά υποπροϊόντα, επέτρεψε στους ερευνητές και τους επαγγελματίες ιατρούς στον υγειονομικό τομέα να παρακολουθούν την ανθρώπινη υγεία με τρόπους που ποτέ δεν ήταν εφικτό πιο πριν. Αλλά όπως όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές, έτσι και αυτοί οι φορητοί αισθητήρες χρειάζονται ενέργεια για να λειτουργήσουν. Οι μπαταρίες είναι μια επιλογή, αλλά δεν είναι απαραίτητα ιδανικές για τη συγκεκριμένη περίπτωση, επειδή μπορεί να είναι ογκώδεις, βαριές και να εξαντλούνται αρκετά γρήγορα.
Ο Wei Gao, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Ιατρικής Μηχανικής του caltech έχει αναπτύξει αυτούς τους αισθητήρες καθώς και νέες προσεγγίσεις για την τροφοδοσία τους με ρεύμα χαμηλής ισχύος, χρησιμοποιώντας το ίδιο το ανθρώπινο σώμα. Προηγουμένως, δημιούργησε έναν αισθητήρα που μπορούσε να παρακολουθεί δείκτες υγείας στον ανθρώπινο ιδρώτα που τροφοδοτείται από τον ίδιο τον ιδρώτα.
Τώρα, ο Wei Gao έχει αναπτύξει έναν νέο τρόπο τροφοδοσίας των ασύρματων φορητών αισθητήρων, συλλέγοντας ρεύμα από την κινητική ενέργεια που παράγεται από ένα άτομο καθώς κινείται.
Αυτή η ενεργειακή συγκομιδή γίνεται με ένα λεπτό σάντουιτς από υλικά (τεφλόν, χαλκός και πολυϊμίδιο) που είναι προσκολλημένα στο δέρμα του ατόμου. Καθώς το άτομο κινείται, αυτά τα φύλλα υλικού τρίβονται σε ένα συρόμενο στρώμα από χαλκό και πολυϊμίδιο και παράγουν μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας. Η συγκεκριμένη διαδικασία είναι γνωστή ως τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, και αποδίδει καλύτερα με τον στατικό ηλεκτρισμό που μπορεί να λάβει ένα άτομο αφού περπατήσει σε ένα δάπεδο με μοκέτα και μετά αγγίξει ένα μεταλλικό πόμολο.
«Η τριβοηλεκτρική γεννήτρια μας, που ονομάζεται επίσης και νανογεννήτρια, έχει έναν στάτορα (stator), ο οποίος είναι στερεωμένος στον κορμό του σώματος και ένα slider, το οποίο είναι προσαρτημένο στο εσωτερικό του βραχίονα. Το slider ολισθαίνει μέσα στον στάτορα κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης κίνησης με συνέπεια να παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα», λέει ο Gao. «Ο μηχανισμός είναι αρκετά απλός. Η τριβή οδηγεί σε παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό δεν είναι κάτι καινούργιο, εννοιολογικά. Ωστόσο το καινούργιο στοιχείο σε τούτη την υπόθεση είναι ότι η ερευνητική μας ομάδα δημιούργησε τη νανογεννήτρια. Αντί να χρησιμοποιούμε φανταχτερά υλικά, χρησιμοποιούμε εμπορικά διαθέσιμες εύκαμπτες πλακέτες κυκλωμάτων», Αυτό το υλικό είναι φθηνό και πολύ ανθεκτικό και μηχανικά στιβαρό για να χρησιμοποιείται σε μεγάλα χρονικά διαστήματα»
Η νανογεννήτρια δεν δημιουργεί πολλή ηλεκτρική ενέργεια. Πράγματι, θα χρειαζόταν μια συσκευή τέτοιου τύπου με εμβαδόν 100 τετραγωνικά μέτρα για να τροφοδοτήσει με ρεύμα ένα λαμπτήρα 40 watt. Ωστόσο, οι φορητοί αισθητήρες του Gao έχουν χαμηλές απαιτήσεις ισχύος και το σύστημα αποθηκεύει την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε έναν πυκνωτή έως ότου υπάρχει αρκετή φόρτιση για να γίνει ανάγνωση από τον αισθητήρα και να στείλει ασύρματα τα δεδομένα σε κινητό τηλέφωνο μέσω Bluetooth. Όσο περισσότερο κινείται ένα άτομο, τόσο πιο συχνά ο αισθητήρας μπορεί να συλλέγει δεδομένα. Ακόμα κι αν το άτομο αρέσκεται να κάθεται συνέχεια, ο αισθητήρας τελικά θα συσσωρεύσει αρκετή ισχύ για να λειτουργήσει.
Σύμφωνα με τα λεγόμενα του Wei Gao, ο βασικός σκοπός του είναι να λειτουργήσει τους φορητούς αισθητήρες του χρησιμοποιώντας ισχύ που παράγεται μέσω πολλαπλών μεθόδων. Για παράδειγμα, μια φορητή συσκευή μπορεί να χρησιμοποιεί παράλληλα ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον ιδρώτα, ρεύμα από μια τριβοηλεκτρική γεννήτρια και μικρά ηλιακά πάνελ.
