Mới đây, các nhà khoa học Mỹ đã đưa ra một thiết bị có thể tạo ra năng lượng từ việc thu thập mồ hôi ở các đầu ngón tay của bạn. Miếng dán trên da này là một hình vuông linh hoạt có bề ngang chỉ rộng vài cm; cấu tạo mỏng, mềm dẻo và quấn quanh đầu ngón tay giống như Band-Aid. Nó sử dụng các enzyme để chuyển hóa axit lactic có trong mồ hôi của bạn thành một lượng nhỏ năng lượng điện. Thiết bị có thể hoạt động mà người đeo không cần đến cử động cơ vì các ngón tay liên tục tiết ra mồ hôi. Các miếng dán BFC này còn có thể thu thêm năng lượng từ các thao tác của ngón tay như đánh máy hoặc chơi piano.
Các nhà khoa học Mỹ chế tạo thành công thiết bị tạo năng lượng từ mồ hôi
Các kỹ sư tại Đại học California ở San Diego mới đây vừa phát hiện ra rằng một dải vi mạch dẻo, mỏng, đặt trên da, có thể tạo ra đủ điện năng từ mồ hôi người đeo để cấp cho các thiết bị wearable và một số loại thiết bị khác. Bên cạnh việc tạo ra điện từ mồ hôi, các cell nhiên liệu sinh học (BFC) còn có thể “thu hoạch” điện từ những cú nhấn nhẹ của ngón tay trong quá trình người đeo gõ phím hoặc chơi đàn piano.
Theo Joseph Wang, giáo sư ngành kỹ thuật nano tại Đại học Kỹ thuật Jacobs (thuộc Đại học California San Diego): “Chúng tôi hình dung rằng sản phẩm này có thể được sử dụng trong bất kỳ hoạt động hàng ngày nào có thao tác chạm, những điều mà một người thường sẽ làm khi ở nhà, ở văn phòng, trong khi xem TV, hay khi đang ăn”. “Mục tiêu của chúng tôi là thiết bị wearable này sẽ hoạt một cách tự nhiên và bạn thậm chí không phải nghĩ về nó nữa”.
Khi nói về nghiên cứu, giáo sư Wang và các cộng sự đã miêu tả nó như “chén thánh” của lĩnh vực thu thập năng lượng bởi nó không lệ thuộc vào bất kỳ nguồn năng lượng phi truyền thống bên ngoài nào, như ánh sáng mặt trời hoặc chuyển động chẳng hạn.
Cách thức chuyển hóa mồ hôi thành năng lượng
Mồ hôi không đơn thuần là nước. Nó chứa một lượng các loại khoáng chất và các chất khác như glucose và lactate. Những chất này, được gọi là chất chuyển hóa. Chúng là sản phẩm phụ của các quá trình hóa học liên tục diễn ra bên trong cơ thể sống. Những chất này có thể tạo ra một nguồn nhiên liệu sinh học hấp dẫn, đặc biệt là lactate. Nồng độ của nó trong mồ hôi tỉ lệ thuận với hoạt động cơ thể người.
Để chế tạo pin sinh học, các nhà khoa học tạo ra một lớp enzym phản ứng với lactate trong mồ hôi để phân tách các electron và proton, từ đó tạo ra dòng điện. Một cục pin bao gồm hai điện cực – cực dương và cực âm – với chất điện phân nằm giữa. Nhiên liệu sẽ đi vào cực dương. Tại đây chất xúc tác phân tách các phân tử thành các electron và proton. Các proton đi qua một lớp màng đến cực âm, trong khi các electron chạy thành một mạch điện.
Vì sao lại chọn các đầu ngón tay?
Các đầu ngón tay là vị trí hoàn hảo để đặt các dải vi mạch. Đây là nơi các rãnh mồ hôi tập trung với mật độ cao nhất trên cơ thể người. Tuy nhiên, cần đeo 3 tuần liên tiếp mới sản xuất đủ năng lượng để sạc đầy một chiếc smartphone. Nhóm nghiên cứu bày tỏ hy vọng sẽ gia tăng được công suất trong tương lai.
Đồng tác giả Lu Yin nói: “Tỉ lệ mồ hôi trên ngón tay có thể cao đến vài microlit/cm vuông/phút. Đó là con số rất lớn so với các vị trí khác trên cơ thể. Tỉ lệ đó có thể thấp hơn từ 2 đến 3 lần”. “Việc tiết ra nhiều mồ hơi hơn ở các ngón tay có lẽ giúp chúng ta cầm nắm tốt hơn”
Thiết bị tạo năng lượng là sáng chế đầy tiềm năng
BFC có thể sản xuất ra 300 mili-jun năng lượng/cm vuông, một kết quả tuyệt vời. Có thể được xem đây là một bước tiến lớn so với những phương pháp thu thập điện năng trên cơ thể trước đây vốn phải dựa vào hoạt động thể dục thể thao hoặc di chuyển mạnh để sản sinh ra những lượng điện năng đáng kể.
Trong các thử nghiệm của mình, đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng thiết bị thu thập điện năng này để cấp nguồn cho một hệ thống cảm biến Vitamin C, nhưng họ khẳng định rằng nó cũng có thể được tinh chỉnh để cấp nguồn cho các thiết bị y tế và thể chất khác, như máy đo nồng độ glucose.
Lu Yin nói: “Chúng tôi muốn thiết bị này được tích hợp chặt chẽ hơn vào các sản phẩm wearable”. “Chúng tôi cũng muốn khám phá khả năng tạo ra kết nối không dây đến các thiết bị di động. Giúp duy trì chức năng cảm nhận liên tục. Sản phẩm này có rất nhiều tiềm năng thú vị”