生物燃料驱动电子皮肤:汗液供能的人机接口
研究者开发出直接贴于真皮之上的电子皮肤(e-skin)。由软性柔性橡胶制成,可嵌入传感器监测心率、体温、血糖水平、健康指示代谢副产物、控制肌肉的神经信号。无需电池,仅靠人体自有废物驱动的生物燃料电池供电。
人汗液含高浓度乳酸,系正常代谢过程副产物,尤以运动时肌肉产生为甚。电子皮肤内置燃料电池吸收乳酸,结合大气氧气,生成水与丙酮酸(另一代谢副产物)。运行时生物燃料电池产生足够电力,驱动传感器与类似手机连车载音响的蓝牙设备,实现传感器读数无线传输。
近场通信(NFC)是许多无电池电子皮肤系统常用路径,但仅能极短距离传输电能与读取数据。蓝牙通信耗电更高,但连接范围更广,对实际医疗与机器人应用更具吸引力。
设计靠汗液供电的电源不是创建电子皮肤的唯一挑战。还需长时间高功率强度下极小衰减。生物燃料电池由碳纳米管浸渍铂/钴催化剂、复合网格固定分解乳酸酶制成。在人汗液中可持续数天产生稳定连续功率输出(高达数毫瓦/平方厘米)。
后续步骤:开发多种可嵌入电子皮肤的传感器以服务多用途。除可穿戴生物传感器外,这还是人机接口——该平台收集的生命体征与分子信息可用于设计优化下一代假肢。
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