Bioingenieros desarrollan una nueva clase de bioelectrónica impulsada por humanos

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Un equipo de bioingenieros de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA ha inventado un nuevo dispositivo bioelectrónico flexible, suave y autoalimentado. La tecnología convierte los movimientos en el cuerpo humano, desde flexionar un codo hasta movimientos sutiles como un pulso en la muñeca, en electricidad que podría usarse para alimentar sensores de diagnóstico implantables y portátiles.

Los investigadores encontraron que el efecto magnetoelástico, que es el cambio en la cantidad de magnetización de un material cuando los pequeños imanes se juntan y separan constantemente por presión mecánica, puede existir en un sistema suave y flexible, no solo en uno rígido. Para demostrar su concepto, el equipo utilizó imanes microscópicos dispersos en una matriz de silicona fina como el papel para generar un campo magnético que cambia de fuerza a medida que la matriz se balancea. Cuando cambia la fuerza del campo magnético, se genera electricidad.

Materiales de la naturaleza publicó hoy un estudio de investigación que detalla el descubrimiento, el modelo teórico detrás del avance y la demostración. La investigación también se destaca por Naturaleza.

«Nuestro descubrimiento abre una nueva vía para la energía práctica, las tecnologías de detección y terapéuticas que se centran en el cuerpo humano y pueden conectarse al Internet de las cosas», dijo el líder del estudio Jun Chen, profesor asistente de bioingeniería en UCLA Samueli. «Lo que hace que esta tecnología sea única es que permite a las personas estirarse y moverse cómodamente cuando el dispositivo se presiona contra la piel humana, y debido a que se basa en el magnetismo en lugar de la electricidad, la humedad y nuestro propio sudor no comprometen la eficacia».

Chen y su equipo construyeron un pequeño generador magnetoelástico flexible (del tamaño de una cuarta parte de los Estados Unidos) hecho de una matriz de polímero de silicona catalizada por nanoimanes de platino y neodimio-hierro-boro. Luego lo aseguraron al codo de un sujeto con una banda de silicona suave y elástica. El efecto magnetoelástico que observaron fue cuatro veces mayor que en configuraciones de tamaño similar con aleaciones metálicas rígidas. Como resultado, el dispositivo generó corrientes eléctricas de 4,27 miliamperios por centímetro cuadrado, que es 10.000 veces mejor que la siguiente mejor tecnología comparable.

De hecho, el generador magnetoelástico flexible es tan sensible que podría convertir las ondas de la muñeca humana en señales eléctricas y actuar como un monitor de frecuencia cardíaca impermeable y autoalimentado. La electricidad generada también se puede utilizar para alimentar de forma sostenible otros dispositivos portátiles, como un sensor de sudor o un termómetro.

Se han realizado esfuerzos para fabricar generadores portátiles que recolectan energía de los movimientos del cuerpo humano para alimentar sensores y otros dispositivos, pero la falta de practicidad ha obstaculizado ese progreso. Por ejemplo, las aleaciones metálicas rígidas con efecto magnetoelástico no se doblan lo suficiente como para comprimirse contra la piel y generan niveles significativos de potencia para aplicaciones viables.

Otros dispositivos que dependen de la electricidad estática tienden a no generar suficiente energía. Su rendimiento también puede verse afectado en condiciones de humedad o cuando hay sudor en la piel. Algunos han intentado encapsular estos dispositivos para mantener el agua fuera, pero esto reduce su eficacia. Sin embargo, los nuevos generadores magnetoelásticos portátiles del equipo de UCLA se han probado bien incluso después de estar empapados en sudor artificial durante una semana.

UCLA Technology Development Group ha presentado una patente sobre la tecnología.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de California, Los Angeles. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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