Tillkomsten av billiga bärbara sensorer som kan övervaka hjärtfrekvens och kroppstemperatur, såväl som nivåer av blodsocker och metabola biprodukter, har gjort det möjligt för forskare och vårdpersonal att övervaka människors hälsa på ett sätt som aldrig tidigare varit möjligt. Men som alla elektroniska enheter, dessa bärbara sensorer behöver en strömkälla. Batterier är ett alternativ, men är inte nödvändigtvis idealiska eftersom de kan vara skrymmande, tung, och tar slut.

Caltechs Wei Gao, biträdande professor i medicinsk teknik vid Andrew och Peggy Cherng Department of Medical Engineering, har utvecklat dessa sensorer samt nya metoder för att driva dem med hjälp av människokroppen själv. Tidigare, han skapade en sensor som kunde övervaka hälsoindikatorer i mänsklig svett som drivs av själva svetten.

Nu, Gao har utvecklat ett nytt sätt att driva trådlösa bärbara sensorer:Han skördar kinetisk energi som produceras av en person när de rör sig.

Denna energiskörd görs med en tunn smörgås av material (Teflon, koppar, och polyimid) som är fästa på personens hud. När personen rör sig, dessa materialark gnider mot ett glidande lager av koppar och polyimid, och genererar små mängder el. Effekten, känd som triboelektricitet, illustreras kanske bäst av den statiska elektriska stöten en person kan få efter att ha gått över ett heltäckningsmatta golv och sedan rört vid en metalldörrhandtag.

"Vår triboelektriska generator, även kallad nanogenerator, har en stator, som är fäst vid bålen, och en reglage, som är fäst på insidan av armen. Reglaget glider mot statorn under mänsklig rörelse, och, en elektrisk ström genereras samtidigt, " säger Gao. "Mekanismen är ganska enkel. Friktion resulterar i elgenerering. Detta är inget nytt, konceptmässigt."

Vad är nytt, Gao säger, är hur forskargruppen tillverkade nanogeneratorn.

"Istället för att använda snygga material, vi använder kommersiellt tillgängliga flexibla kretskort, " säger han. "Detta material är billigt och mycket hållbart och mekaniskt robust under långa tidsperioder."

Nanogeneratorn skapar inte mycket elektricitet; verkligen, man skulle behöva en enhet med 100 kvadratmeter yta för att driva en 40-watts glödlampa. Dock, Gaos bärbara sensorer har låga effektkrav, och systemet lagrar genererad elektricitet i en kondensator tills det finns tillräckligt med laddning för att ta en avläsning från sensorn och trådlöst skicka data till en mobiltelefon via Bluetooth. Ju mer en person rör sig, desto oftare kan sensorn samla in data. Även om personen är ganska stillasittande, dock, sensorn kommer så småningom att samla tillräckligt med ström för att fungera.

Gao skulle i slutändan vilja köra sina bärbara sensorer med kraft som genereras genom flera metoder. Till exempel, en bärbar enhet kan använda elektricitet som genereras av svett, en triboelektrisk generator, och små bärbara solpaneler.

Uppsatsen som beskriver forskningen, betitlad, "Trådlös batterifri bärbar svettsensor som drivs av mänskliga rörelser, " visas i nummer 40 av tidskriften Vetenskapens framsteg .