Il sudore delle dita può alimentare sensori indossabili 24 ore al giorno

Negli ultimi anni sta emergendo un campo di ricerca molto promettente riguardante i cosiddetti dispositivi elettronici indossabili autoalimentati per il monitoraggio della salute umana. In futuro tali dispositivi potrebbero essere alimentati dal sudore umano.

Un team di ingegneri dell'Università della California San Diego (USA) da diversi anni sta conducendo numerosi studi sui dispositivi indossabili, recentemente i ricercatori americani sono riusciti a compiere un passo in avanti per rendere tali sensori autonomi dal punto di vista dell'alimentazione elettrica. Rendere cioè tali sensori autoalimentati senza necessità di batterie.

I ricercatori hanno pensato di sfruttare il sudore prodotto sulla punta delle dita delle mani per generare elettricità quando una persona è seduta o addirittura dorme, fornendo in questo modo una fonte di energia potenzialmente disponibile 24 ore su 24.

Immagine - Un nuovo dispositivo indossabile può essere posizionato sulla punta delle dita per generare elettricità anche quando l'utente è in una posizione sedentaria. Credits: UC San Diego.

I sensori e i dispositivi indossabili alimentati dal sudore non sono certo una novità tuttavia, tra i numerosi prototipi alimentati dal sudore che si sono succeduti nel corso degli anni, il team dell'Università della California di San Diego ne ha presentato alcuni promettenti.

Già nel 2014 gli scienziati avevano mostrato un tatuaggio temporaneo che funzionava come una biobatteria alimentata dal sudore e l'anno scorso il team UC San Diego ha sviluppato un sensore indossabile temporaneo a forma di cerotto per identificare la presenza di vitamina C analizzando il sudore (il sudore serviva anche ad autoalimentare il sensore). Recentemente gli scienziati hanno sviluppato una camicia intelligente in grado di produrre elettricità attraverso il sudore e il movimento del corpo umano.

Il nuovo dispositivo indossabile viene descritto come il primo del suo genere, in quanto è in grado di generare energia anche quando la persona che lo indossa dorme oppure non compie alcun movimento. Questa caratteristica potrebbe aprire alcune possibilità molto interessanti in quanto il dispositivo potrebbe potenzialmente rappresentare una fonte di energia in qualsiasi luogo, in qualsiasi momento.

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«A differenza di altri dispositivi indossabili alimentati dal sudore, questo dispositivo non richiede esercizio fisico, nessun input fisico da parte di chi lo indossa per poter funzionare», afferma il dott. Lu Yin, co-autore dello studio. «Questo lavoro rappresenta un passo in avanti per rendere i dispositivi indossabili più pratici, convenienti e accessibili nella vita quotidiana delle persone comuni».

Come funziona il nuovo dispositivo indossabile?

Nello sviluppo di questo nuovo tipo di dispositivo indossabile, il team ha dovuto essere molto creativo nel combinare un mix di componenti in grado da un lato di assorbire il sudore e dall'altro di convertirlo in energia.

La sottile striscia, simile a un cerotto, è costituita da elettrodi in schiuma di carbonio che assorbono il sudore e utilizzano enzimi incorporati per innescare reazioni chimiche al suo interno tra lattato e molecole di ossigeno, quest'ultime reazioni a loro volta generano elettricità che viene immagazzinata in un piccolo condensatore.

Il dispositivo, posizionato sulla punta delle dita, sfrutta le oltre mille ghiandole sudoripare che si trovano su ogni punta delle dita di una mano. Tali ghiandole producono da 100 a 1.000 volte più sudore rispetto alla maggior parte delle altre parti del corpo umano. Gli autori descrivono quindi la punta delle dita come vere e proprie fabbriche di sudore attive 24 ore su 24.

«Il motivo per cui ci sentiamo più sudati in altre parti del corpo è perché tali zone non sono ben ventilate», scrive il dott. Yin. «Al contrario le dita sono sempre esposte all'aria pertanto il sudore evapora man mano che fuoriesce dalla superficie della pelle. Quindi, invece di lasciarlo evaporare, usiamo il nostro dispositivo per raccogliere questo sudore generando in questo modo una quantità significativa di energia».

Mentre il dispositivo genera la maggior parte della sua elettricità in questo modo, non bisogna pensare che sia limitato nel produrre energia solo attraverso tale modalità. Infatti, sotto i suoi elettrodi, il dispositivo è dotato anche di un materiale piezoelettrico in grado di generare ulteriore elettricità in risposta ad una pressione esterna applicata su quest'ultimo materiale. Ciò significa che attività come digitare su una tastiera (di un computer o di unno smartphone) o suonare il pianoforte possono comportare guadagni di energia.

Durante uno degli esperimenti condotti dal team di scienziati un gruppo di soggetti ha indossato il dispositivo sulla punta di una delle dita durante un periodo di sonno della durata di 10 ore, ciò ha generato quasi 400 millijoule di energia. Secondo i ricercatori tale valore energetico è sufficiente per alimentare un orologio elettronico per 24 ore. Un'ora di digitazione "occasionale" insieme ai movimenti effettuati con un mouse (clic) ha permesso al dispositivo di generare quasi 30 millijoule.

«Possiamo mettere a confronto il nostro dispositivo con un dispositivo che raccoglie energia mentre ti alleni», scrive il dott. Yin. «Quando stai correndo, stai investendo centinaia di joule di energia per generare soltanto alcuni millijoule di energia. In tal caso, il ritorno sull'investimento energetico è molto basso. Ma con questo dispositivo, il ritorno sull'investimento energetico è molto alto. Quando dormi non fai alcun movimento. Anche comprimendo un singolo dito, stai investendo dal punto di vista energetico soltanto circa mezzo millijoule».

In esperimenti separati, il team ha utilizzato il nuovo dispositivo per alimentare sensori chimici e display, incluso il suddetto sensore rilevatore di vitamina C sviluppato in precedenza. Ora gli ingegneri stanno lavorando per migliorare il dispositivo in modo da renderlo sia più efficiente sia più resistente, sperano di combinarlo con altri sensori in modo formare nuovi tipi di dispositivi indossabili autoalimentati.

«Il nostro obiettivo è quello di renderlo un dispositivo pratico», sostiene il dott. Yin. «Vogliamo dimostrare che questa non è solo un'altra cosa interessante che può generare una piccola quantità di energia e basta, possiamo effettivamente usare l'energia prodotta per alimentare l'elettronica indossabile (utile alle persone) come sensori e display.»

Riferimenti:

Lo studio A passive perspiration biofuel cell: High energy return on investment è stato pubblicato sulla rivista Joule, mentre il video qui sotto offre una panoramica della ricerca.