Känner du dig extra svettig av en sommarvärmevåg? Oroa dig inte – all din svett behöver inte gå till spillo. I en tidningspublicering 13 juli i tidskriften Joule , forskare har utvecklat en ny enhet som skördar energi från svetten på – av alla ställen – dina fingertoppar. Hittills, enheten är den mest effektiva kroppsenergiskördaren som någonsin uppfunnits, producerar 300 millijoule (mJ) energi per kvadratcentimeter utan någon mekanisk energitillförsel under en 10-timmars sömn och ytterligare 30 mJ energi med ett enda fingertryck. Författarna säger att enheten representerar ett betydande steg framåt för självförsörjande bärbar elektronik.

"I vanliga fall, du vill ha maximal avkastning på investeringen i energi. Du vill inte spendera mycket energi genom träning för att bara få tillbaka lite energi, " säger seniorförfattaren Joseph Wang, en nanoteknikprofessor vid University of California San Diego. "Men här, vi ville skapa en enhet anpassad för daglig aktivitet som nästan inte kräver någon energiinvestering – du kan helt glömma enheten och gå och lägga dig eller göra skrivbordsarbete som att skriva, ändå fortsätta att generera energi. Du kan kalla det "kraft från att göra ingenting."

Tidigare svettbaserade energiapparater krävde intensiv träning, som en hel del löpning eller cykling, innan användaren svettades tillräckligt för att aktivera kraftgenerering. Men den stora mängden energi som förbrukas under träning kan lätt ta bort den producerade energin, vilket ofta resulterar i en energiavkastning på mindre än 1 %.

I kontrast, denna enhet faller inom vad författarna kallar kategorin "heliga graal" av energiskördare. Istället för att förlita sig på externa, oregelbundna källor som solljus eller rörelse, allt den behöver är fingerkontakt för att samla in mer än 300 mJ energi under sömnen – vilket författarna säger är tillräckligt för att driva lite bärbar elektronik. Eftersom ingen rörelse behövs, förhållandet mellan skördad energi och investerad energi är i princip oändligt.

Det kan tyckas konstigt att välja fingertoppar som källan till denna svett över, säga, underarmarna, men egentligen, fingertoppar har den högsta koncentrationen av svettkörtlar jämfört med någon annanstans på kroppen.

"Att generera mer svett vid fingrarna har förmodligen utvecklats för att hjälpa oss att bättre greppa saker, " säger den första medförfattaren Lu Yin, en nanoteknik Ph.D. student som arbetar i Wangs labb. "Svetthastigheter på fingret kan nå så högt som några mikroliter per kvadratcentimeter per minut. Detta är signifikant jämfört med andra platser på kroppen, där svetthastigheten är kanske två eller tre storleksordningar mindre."

Enheten som forskarna utvecklade i denna studie är en typ av energiskördare som kallas en biobränslecell (BFC) och drivs av laktat, en upplöst förening i svett. Från utsidan, det ser ut som en enkel bit skum ansluten till en krets med elektroder, som allt är fäst vid dynan på ett finger. Skummet är tillverkat av kolnanorörsmaterial, och enheten innehåller också en hydrogel som hjälper till att maximera svettabsorptionen.

"Storleken på enheten är cirka 1 centimeter i kvadrat. Materialet är också flexibelt, så du behöver inte oroa dig för att det är för stel eller känns konstigt. Du kan bekvämt bära den under en längre tid, säger Yin.

Inuti enheten, en serie elektrokemiska reaktioner inträffar. Cellerna är utrustade med ett bioenzym på anoden som oxiderar, eller tar bort elektroner från, laktatet; katoden deponeras med en liten mängd platina för att katalysera en reduktionsreaktion som tar elektronen att omvandla syre till vatten. När detta händer, elektroner strömmar från laktatet genom kretsen, skapa en ström av el. Denna process sker spontant:så länge det finns laktat, ingen extra energi behövs för att kickstarta processen.

Separat från men komplement till BFC, piezoelektriska generatorer - som omvandlar mekanisk energi till elektricitet - är också anslutna till enheten för att skörda upp till 20 % extra energi. Relying on the natural pinching motion of fingers or everyday motions like typing, these generators helped produce additional energy from barely any work:a single press of a finger once per hour required only 0.5 mJ of energy but produced over 30 mJ of energy, a 6, 000% return in investment.

The researchers were able to use the device to power effective vitamin C- and sodium-sensing systems, and they are optimistic about improving the device to have even greater abilities in the future, which might make it suitable for health and wellness applications such as glucose meters for people with diabetes. "We want to make this device more tightly integrated in wearable forms, like gloves. We're also exploring the possibility of enabling wireless connection to mobile devices for extended continuous sensing, " Yin says.

"There's a lot of exciting potential, " says Wang. "We have ten fingers to play with."