(PhysOrg.com) - De här stövlarna är gjorda för promenader ... och för att starta din mobiltelefon? Det skulle kunna hända, säger ett team av Princeton- och Caltech -forskare. I en ny tidning i tidningen Nano bokstäver , de rapporterar att de har utvecklat ett innovativt gummichip som har förmågan att skörda energi från rörelser som promenader, löpning, och andas och omvandla den till en strömkälla.

Betyg en för kroppen elektrisk.

"Det öppnar många möjligheter, "säger Caltech -doktoranden Habib Ahmad, en medförfattare på pappret. "Vi släpper ut energi när vi flyttar våra kroppar, och tänkbart att energi skulle kunna läggas på att ladda små elektroniska enheter som en iPod eller en mobiltelefon. "

Nyckeln till denna utveckling är en klass av material som kallas piezoelektriska, som är ämnen - främst kristallina och keramiska - som reagerar på påfrestningar eller påfrestningar genom att producera en laddning, omvandlar i huvudsak mekanisk energi till elektrisk energi. ("Piezo" härrör från ett grekiskt ord, betyder att pressa eller utöva tryck.)

"Piezoelektriker har funnits ett tag, "säger Ahmad." Den mest kända och mest använda naturliga är kvarts. " Keramiska, många av dem konstgjorda, producerar ofta mer spänning vid stress, men att hålla den spänningsnivån hög kräver i allmänhet att de odlas på en hård yta, eller substrat. Det begränsar hur flexibelt de kan reagera på det tryck som genereras av, säga, en svängande arm eller en fotfot.

Ahmad arbetar för närvarande mot sin doktorsexamen i laboratoriet för Caltechs Gilloon -professor och professor i kemi James Heath, där han utvecklar mikro- och nanodatorer- ultraljudsinstrument- som kan hjälpa till att upptäcka och diagnostisera vissa typer av cancer. Han blev involverad i en föregångare till den piezoelektriska forskningen för ett par år sedan när han samarbetade med Heath postdoc Michael McAlpine för att testa en ny teknik som McAlpine hade kommit på för att överföra kisel -nanotrådar från ett oflexibelt underlag till ett plastiskt.

"I grund och botten ville Mike veta om dessa ledningar fortfarande skulle generera högspänning på en flexibel yta, "säger Ahmad" Att bygga elektroniska kretsar och sensorer på flexibel plast är ett ganska nytt område, men det är ett som har väckt stort intresse. Så jag byggde en kammare som tillät Mike att kontrollera vilka gaser som exponerades för chipet och i vilka koncentrationer, så att vi kunde upptäcka dem med nanoskala sensorer, och jag installerade all mätelektronik och skrev datainsamlingsprogram. "

Sommaren 2008, McAlpine blev biträdande professor vid Princeton, där han utvidgade de tekniker han hade utvecklat vid Caltech till piezoelektriska material. Hans team blev det första att tillverka minutremsor, eller nanoribbons, av en särskilt kraftfull keramisk piezoelektrisk, blyzirkonat titanat (PZT), och att överföra dem framgångsrikt till ett silikongummisubstrat.

"Mike bad mig att hjälpa till med att testa materialet på en hård skiva för att fastställa en baslinjespänning, "säger Ahmad. Han konstruerade och tog fram de tekniska ritningarna för kamrarna som används för att testa PZT -trådarna, testat datainsamlingskretsen, och arbetade med figurerna för papperet. När dessa tester slutförts och trådarna överförts till den flexibla ytan, "Mikes team mätte spänningen igen och fann praktiskt taget ingen försämring av spänningsnivåerna."

”Vad som gjorde detta senaste resultat särskilt spännande, säger Ahmad, "är att ett piezoelektriskt material som sitter på ett gummisubstrat är formbart nog att bäras med relativ komfort i skon eller som ett svettband runt armen." Och eftersom PZT genererar energi nästan 100 gånger mer effektivt än kvarts, "Den har förmågan att dra nytta av kroppens naturliga rörelser hela dagen."

Utöver den tilltalande utsikten att dansa runt i huset för att slå på din iPod, det finns mer seriösa tillämpningar i horisonten. ”Militären har visat stort intresse för att använda piezoelektriska för att utnyttja energi, Säger Ahmad, och har faktiskt redan experimenterat med piezoelektriska skoimplantat som tyvärr visade sig vara för obekväma för soldater att bära under längre tid. Gummi PZT -chips kan mycket väl lösa komfortproblemet, men forskarna betonar att det finns mer arbete att göra innan deras uppfinning kan användas i stor skala i väpnade styrkor eller någon annanstans.

"Just nu, vi har i princip ett centimeterchip med cirka 1, 000 ledningar packade ihop, Säger Ahmad. "Det är en mycket effektiv användning av utrymme, men energin som produceras är fortfarande relativt minimal. Men det finns ingen anledning, tekniskt talat, varför detta inte kan skalas upp till en yta i storleksordningen 2 x 2 tum, ”Då kan du börja titta på verkliga applikationer.

Även om piezoelektriska material inte är Ahmads huvudfält, han åtnjöt uppmärksamheten som forskningens bioniska övertoner har genererat (det här är den femte artikeln han är medförfattare till och hans tredje med McAlpine). Dessutom, som en forskare som sysslar med att tillämpa nanoteknik på biomedicin, han är särskilt intresserad av arbetets potential där. "Eftersom dessa marker är inneslutna i silikon, som allmänt anses vara giftfri för människor, det finns möjlighet att någon gång implantera dessa enheter inuti kroppen. "

En möjlighet, säger forskarna, är att lungrörelsen som genereras genom andning potentiellt kan "skördas för att ladda ett pacemakerbatteri, vilket ökar tiden som krävs mellan batteribyteoperationer för patienter. "

"Just nu, vi arbetar fortfarande med den grundläggande tekniken, Säger Ahmad. "Men framtidsutsikterna är mycket spännande."