Os nanoengenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram uma "microrrede vesta­vel" que coleta e armazena energia do corpo humano para alimentar pequenos aparelhos eletra´nicos. Consiste em três partes principais: células de biocombusta­vel movidas a suor, dispositivos movidos a movimento chamados geradores triboelanãtricos e supercapacitores de armazenamento de energia. Todas as pea§as são flexa­veis, lava¡veis ​​e podem ser impressas na tela.

A tecnologia, relatada em um artigo publicado em 9 de mara§o na Nature Communications , inspira-se em microrredes comunita¡rias.

"Estamos aplicando o conceito de microrrede para criar sistemas vesta­veis que são alimentados de forma sustenta¡vel, confia¡vel e independente", disse o coprimeiro autor Lu Yin, Ph.D. em nanoengenharia. estudante da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs. "Assim como uma microrrede urbana integra uma variedade de fontes de energia renova¡veis ​​locais, como ea³lica e solar, uma microrrede vesta­vel integra dispositivos que coletam energia localmente de diferentes partes do corpo, como suor e movimento, enquanto contem armazenamento de energia ."

A microrrede vesta­vel éconstrua­da a partir de uma combinação de pea§as eletra´nicas flexa­veis que foram desenvolvidas pela equipe de Nanobioeletra´nica do professor de nanoengenharia da UC San Diego Joseph Wang, que éo diretor do Centro de Sensores Vesta­veis da UC San Diego e autor correspondente no estudo atual. Cada parte éimpressa em tela em uma camisa e colocada de uma forma que otimiza a quantidade de energia coletada.

As células biocombusta­veis que coletam energia do suor estãolocalizadas dentro da camisa, no peito. Dispositivos que convertem a energia do movimento em eletricidade, chamados geradores triboelanãtricos, são posicionados fora da camisa, nos antebraa§os e nas laterais do torso, perto da cintura. Eles coletam energia do movimento de balana§o dos braa§os contra o torso enquanto caminham ou correm. Os supercapacitores fora da camisa, no peito, armazenam temporariamente energia de ambos os dispositivos e a descarregam para alimentar pequenos aparelhos eletra´nicos.

A coleta de energia do movimento e do suor permite que a microrrede vesta­vel ligue os dispositivos de forma rápida e conta­nua. Os geradores triboelanãtricos fornecem energia imediatamente assim que o usua¡rio comea§a a se mover, antes de comea§ar a suar. Assim que o usua¡rio comea§a a suar, as células de biocombusta­vel comea§am a fornecer energia e continuam a fazaª-lo depois que o usua¡rio para de se mover.

"Quando vocêsoma esses dois, eles compensam as deficiências um do outro", disse Yin. "Eles são complementares e sinanãrgicos para permitir uma inicialização rápida e energia conta­nua." Todo o sistema inicializa duas vezes mais rápido do que ter apenas as células de biocombusta­vel sozinhas e dura três vezes mais do que os geradores triboelanãtricos sozinhos.

A microrrede vesta­vel foi testada em um sujeito durante sessaµes de 30 minutos que consistiam em 10 minutos de exerca­cios em uma ma¡quina de ciclismo ou corrida, seguidos de 20 minutos de descanso. O sistema foi capaz de alimentar um rela³gio de pulso LCD ou um pequeno display eletrocra´mico - um dispositivo que muda de cor em resposta a uma voltagem aplicada - ao longo de cada sessão de 30 minutos.

As células de biocombusta­vel são equipadas com enzimas que desencadeiam uma troca de elanãtrons entre lactato e moléculas de oxigaªnio no suor humano para gerar eletricidade. A equipe de Wang relatou pela primeira vez esses vesta­veis coletores de suor em um artigo publicado em 2013. Trabalhando com colegas do Centro de Sensores Vesta­veis da UC San Diego, eles mais tarde atualizaram a tecnologia para ser extensa­vel e potente o suficiente para operar pequenos aparelhos eletra´nicos.

Cada wearable fornece um tipo diferente de poder. As células de biocombusta­vel fornecem baixa tensão conta­nua, enquanto os geradores triboelanãtricos fornecem pulsos de alta tensão. Para que o sistema fornea§a energia aos dispositivos, essas diferentes tensaµes precisam ser combinadas e reguladas em uma tensão esta¡vel. a‰ aa­ que entram os supercondensadores; eles atuam como um reservata³rio que armazena temporariamente a energia de ambas as fontes de energia e pode descarrega¡-la conforme necessa¡rio.

Yin comparou a configuração a um sistema de abastecimento de a¡gua.

“Imagine que as células do biocombusta­vel são como uma torneira de fluxo lento e os geradores triboelanãtricos são como uma mangueira que lana§a jatos de a¡gua”, disse ele. "Os supercondensadores são o tanque para o qual ambos se alimentam e vocêpode sacar desse tanque da maneira que for necessa¡ria."

Todas as pea§as são conectadas com interconexões flexa­veis de prata que também são impressas na camisa e isoladas por revestimento a  prova d'a¡gua. O desempenho de cada pea§a não éafetado por dobras, dobras e amassamentos repetidos ou lavagens com água- desde que nenhum detergente seja usado.

A principal inovação deste trabalho não são os pra³prios dispositivos vesta­veis, disse Yin, mas a integração sistema¡tica e eficiente de todos os dispositivos.

"Nãoestamos apenas adicionando A e B e chamando-o de sistema. Escolhemos pea§as que tem todos fatores de forma compata­veis (tudo aqui éimprima­vel, flexa­vel e extensa­vel); desempenho correspondente; e funcionalidade complementar, o que significa que todos são aºteis para o mesmo cena¡rio (no caso, movimentação rigorosa) ”, disse.

Este sistema especa­fico éútil para o atletismo e outros casos em que o usua¡rio estãose exercitando. Mas este éapenas um exemplo de como a microrrede vesta­vel pode ser usada. "Nãoestamos nos limitando a este projeto. Podemos adaptar o sistema selecionando diferentes tipos de coletores de energia para diferentes cenários", disse Yin.

Os pesquisadores estãotrabalhando em outros projetos que podem coletar energia enquanto o usua¡rio estãosentado dentro de um escrita³rio, por exemplo, ou movendo-se lentamente para fora.