Indossabile e autosufficiente: dispositivo genera energia con il solo movimento del corpo

I nuovi dispositivi indossatili, ti permettono di alimentarli senza batterie, e cose del genere, ma solo con l’energia emanata dal tuo corpo.

Il recente sviluppo di un raccoglitore di energia piezoelettrico tridimensionale estensibile – guidato dal professor Jang Kyung-In del Dipartimento di Robotica e Ingegneria Meccatronica (presso DGIST) -, possiamo dire rappresenti un significativo passo avanti, nel campo della tecnologia indossabile. Con un dispositivo innovativo, che sfrutta i movimenti del corpo umano per raccogliere energia elettrica, dandoci una soluzione pratica, sostenibile e continua, per l’alimentazione degli apparecchi elettronici portatili.

Nello specifico, l’energia piezoelettrica, si basa su un fenomeno fisico che converte la pressione meccanica in energia elettrica, attraverso materiali specifici, detti, appunto, piezoelettrici. Ed esistono due principali meccanismi di raccolta: l’effetto triboelettrico, che si basa sullo scambio di carica fra due materiali in contatto; e l’effetto piezoelettrico, il quale si genera dalla deformazione di materiali cristallini o ceramici. Il dispositivo in questione, sviluppato, quindi, dal team del professor Jang, utilizza quest’ultimo meccanismo, impiegando i movimenti naturali della pelle, o delle articolazioni, per generare energia elettrica.

Sappi, comunque, che la ricerca sui raccoglitori di energia piezoelettrica, non è nuova, poiché i materiali utilizzati finora (polimeri organici o composti), hanno mostrato una bassa efficienza di conversione. Limitazione, questa, che ha, quindi, ostacolato l’applicazione pratica di tali dispositivi. Che, di fondo, non riuscivano a produrre una quantità sufficiente di energia, per alimentare sensori e dispositivi medici indossabili. Ma il team di DGIST, ha superato siffatto ostacolo, attraverso l’impiego di una ceramica piezoelettrica avanzata: ovvero, il titanionato di zirconato di piombo (PZT).

Il PZT è noto per le sue eccellenti proprietà piezoelettriche, sebbene la sua natura rigida e fragile, ne abbia, finora, limitato l’uso in applicazioni flessibili. E per superare questa sfida, i ricercatori hanno progettato una struttura tridimensionale che rende il materiale resistente alle deformazioni (senza comprometterne l’efficienza energetica). Dando vita, quindi, a una configurazione innovativa, la quale gli consente di adattarsi ai movimenti naturali del corpo, seppur mantenendo elevate prestazioni.

La sua struttura

Un altro elemento distintivo del dispositivo è il design degli elettrodi, sviluppato per massimizzare l’efficienza della raccolta energetica. Mediante cui, i ricercatori hanno introdotto un sistema di accoppiamento specifico per la curvatura, suddividendo gli elettrodi in sezioni indipendenti. E questa strategia, non solo impedisce l’annullamento delle cariche elettriche generate, ma migliora l’efficienza del congegno.

I risultati ottenuti, finora, son sorprendenti. Non a caso, il nuovo raccoglitore di energia piezoelettrico, ha dimostrato un’efficienza 280 volte superiore, rispetto ai dispositivi convenzionali. E ciò, apre nuove prospettive per la messa a punto di sistemi di alimentazione autonomi, da implementare negli apparati medici, in sensori biometrici, e indossabili. Dedicati, magari, al monitoraggio della salute.

Le sue numerose applicazioni

Ma le potenzialità di questa tecnologia, non si limitano al settore medico. Infatti, i dispositivi in questione, potrebbero trovare applicazione anche nella realtà aumentata, nella domotica, e nell’Internet of Things. Inoltre, l’eliminazione delle batterie tradizionali, grazie proprio ai su detti sistemi di raccolta energetica piezoelettrica, potrebbe, persino, diminuire l’impatto ambientale dei rifiuti elettronici.

Non a caso, esattamente come evidenziato dal professor Jang, questa tecnologia rappresenta un passo cruciale verso la commercializzazione di apparecchi indossabili e autosufficienti. Di fatto, con il supporto della National Research Foundation della Corea, e del programma di ricerca biologica digitale di NAVER, i risultati della ricerca, pubblicati su ACS Nano, offrono un promettente orizzonte per la prossima generazione di dispositivi indossabili intelligenti, nonché, sostenibili.