البطارية التي لا تنفد أبدًا

البشر معقدون آلات ذات أجزاء متحركة تنحني ، تسحق ، تمد ، تتدفق ، ترتجف ، وتضرب. يعمل العلماء الآن على توصيل مصادر الطاقة هذه لحل مشكلة شائعة تؤثر على أجهزة الاستشعار ، والأجهزة القابلة للارتداء ، والأجهزة الطبية المزروعة – البطارية المسطحة المخيفة.

يمكن أن تكون الأجهزة التي تعمل بالطاقة الذاتية هي الحل ، وقد اكتشف الباحثون أن جسم الإنسان نفسه يمكن أن يكون مصدرًا مفيدًا للطاقة – في الوقت المناسب تمامًا لتزويد السوق المتفجر في الأجهزة القابلة للارتداء بالطاقة. بدأت “المستحضرات الكهربائية” في تحدي المستحضرات الصيدلانية في الطب ، لذلك سيعتمد المزيد من الناس على أجهزة مثل المحفزات الكهربائية وأجهزة تنظيم ضربات القلب المزروعة من أجل البقاء بصحة جيدة.

يمكن أن تجعل “البطاريات الحيوية” وكسح الطاقة هذه الأجهزة ذاتية الطاقة ، مما يلغي الحاجة إلى الجراحة الغازية لاستبدال البطاريات الفارغة. على سبيل المكافأة ، سوف يتجنب هذا العالم اللاسلكي إزالة كابلات الشحن المزروعة أو الإصابة – وهي مشكلات شائعة جدًا اليوم.

يعمل العلماء على الأجهزة التي تعمل بالطاقة الجسدية منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين – وحتى الآن ، كانت التكنولوجيا متعطشة للغاية للطاقة للكميات الدقيقة من الكهرباء التي يمكن حصادها من البشر. ولكن بعد عقدين من التقدم ، تستهلك أجهزة اليوم كميات منخفضة جدًا من الطاقة ، مما يفتح الباب أمام عدد لا يحصى من الأفكار والنماذج الأولية التي تستمد القوة من الناس.

قوة خلوية

خلاياك هي في الأساس بطاريات – خلايا كيميائية حيوية تحول الوقود السكرية إلى طاقة. تستغل شركة CELTRO الألمانية الناشئة مصدر الطاقة الحية هذا من خلال استخدام صفائف من الإبر الدقيقة لجمع كميات ضئيلة من الطاقة من مئات الآلاف من الخلايا. سيكون أول منتج لـ CELTRO عبارة عن جهاز تنظيم ضربات القلب الصغير المستقل. يقول المدير التنفيذي والشريك المؤسس جيرد تيبي: “يبدأ الانقباض العضلي ، مثل القلب ، في مرحلة ما ثم ينتشر عبر عضلة القلب بأكملها”. كانت فكرتنا هي تجميع الطاقة في نقاط متعددة لاستخدام تأثير الانهيار الجليدي هذا. بالإضافة إلى تجميع الطاقة ، سيتم توصيل الإبر الدقيقة متعددة الوظائف بأنسجة القلب لمراقبة القلب وتقديم دفعة كهربائية مساعدة لاستعادة الانظام ، إذا لزم الأمر. في عام 2021 ، جمعت CELTRO تمويلًا أوليًا لإثبات دراسات المفاهيم المعتمد على المختبر.

خلايا وقود الورق

تقوم شركة BeFC الفرنسية الناشئة ببناء بطاريات حيوية بأوراق اعتماد صديقة للبيئة. تستخدم خلية الوقود الخاصة بها طبقات من الكربون والسليلوز والجلوكوز – بالإضافة إلى رش الإنزيمات المسجلة الملكية. تؤدي إضافة قطرة من السوائل – مثل الدم أو البول – إلى حدوث تفاعل يولد الكهرباء. يمكن أن تعمل الرقع الورقية على تشغيل أجهزة التشخيص ذات الاستخدام الواحد وأجهزة استشعار المراقبة المستمرة ، مثل مجموعات مراقبة الجلوكوز للأشخاص المصابين بداء السكري. بعد الاستخدام ، يمكن حتى تحويل الخلايا إلى سماد – على عكس البطاريات المصغرة الأخرى التي يتم التخلص منها في النهاية أو حرقها. تقوم BeFC حاليًا بجمع تمويل Series A وتتوقع أن تصل إلى السوق في عام 2024 بمنتجاتها الأولى.

قلبي يرتجف

تقوم CAIRDAC التي تتخذ من باريس مقراً لها بتصميم منظم ضربات القلب الذي يعمل بالقلب نفسه. يتم تعبئة جهاز تنظيم ضربات القلب الخالي من الرصاص في كبسولة تحتوي على حصادة طاقة كهرضغطية – بندول يتأرجح خلال ضربات القلب وتدفق الدم والاهتزازات. يتم تحويل التذبذبات إلى كهرباء وتخزينها حتى يشعر الجهاز أن القلب يحتاج إلى هزة لإعادة ضبط الإيقاع. جمعت الشركة الناشئة مؤخرًا 17 مليون يورو (حوالي 18.3 مليون دولار) في تمويل السلسلة أ لمواصلة الاختبارات قبل السريرية والتحرك نحو التجارب البشرية.

الإضاءة الداخلية

أصبحت الألواح الشمسية مشهدًا منزليًا مألوفًا ، ويمكن أن تضيء قريبًا Med tech أيضًا. وجد باحثون من جامعة موناش في ملبورن بأستراليا أن الألواح الشمسية الموضوعة تحت الجلد لا تزال تنتج ما يصل إلى 10 في المائة من الكهرباء مثل تلك الموجودة في ضوء الشمس المباشر – وهو ما يكفي لتشغيل جهاز استشعار منخفض الاستهلاك للغاية. يمكن لبضع ساعات في الشمس تشغيل مستشعر درجة حرارة قابل للزرع لمدة 24 ساعة ، ويقول الباحثون إن أفضل مكان لذلك هو بين الرقبة والكتف.

القلب الكهرومائي

قال باحثون في جامعة برن بسويسرا إن توربينات صغيرة يمكنها تسخير تدفق الدم وتحويله إلى كهرباء. لقد صمموا توربينات على شكل طوربيد يمكن زرعها في وعاء دموي في القلب ، لتوليد الكهرباء من تدفق الدم ، مثل محطة الطاقة الكهرومائية. يتمثل التحدي الكبير ، الذي لم يتم حله بعد ، في كيفية تجنب تكون الجلطات الدموية على شفرات التوربينات ، ولكن في المحاكاة المعملية ، ولّد التوربين طاقة كافية لتشغيل أجهزة تنظيم ضربات القلب الخالية من الرصاص المتوفرة تجارياً.

بقع بيزو

تقول الشركة الإيطالية الناشئة PiezoSkin إنها طورت رقعة جلد كهرضغطية رفيعة للغاية يمكنها في نفس الوقت قياس الحركات واستخلاص القوة منها. في إحدى الدراسات ، استخدمت الرقعة لمراقبة حركات الرقبة لدى الأشخاص الذين يعانون من عسر البلع ، أو صعوبة البلع – لكن فيلم الشركة المتوافق حيوياً يمكن أن يكتسب القوة من حركات الجسم الأخرى والاهتزازات لأجهزة الاستشعار والأجهزة القابلة للارتداء.

الشعور بالحرارة

يشع البشر حوالي 100 واط يوميًا من الطاقة الحرارية ، ووفقًا لشركة Mithras السويسرية الناشئة ، فإن تسخير هذه الحرارة يمكن أن يعمل على تشغيل أجهزة الاستشعار الحيوية التي يمكن ارتداؤها وحتى الأجهزة المزروعة. المولدات الكهروحرارية الخاصة بها ، والمعروفة باسم TEGs ، تولد الكهرباء عن طريق استغلال اختلاف درجة الحرارة بين الجسم والبيئة. يقدر ميثراس أنه مع اختلاف 5 درجات مئوية ، يمكن أن تعمل رقعة الجلد TEG التي تبلغ مساحتها 12 سنتيمترًا مربعًا على تشغيل غرسة القوقعة بالكامل.

نُشر هذا المقال في الأصل في عدد يناير / فبراير 2023 من مجلة WIRED UK.