人間は複雑だ 曲げたり、つぶしたり、伸ばしたり、流れたり、震えたり、叩いたりする可動部品を備えた機械。 科学者は現在、これらのエネルギー源に接続して、センサー、ウェアラブル、および埋め込み型医療機器を苦しめる共通の問題、つまり恐ろしいバッテリー切れを解決しようとしています。
設計によって自己給電するデバイスが解決策になる可能性があり、研究者は人体自体が便利な電源になり得ることを発見しました。これは、爆発的なウェアラブル市場に電力を供給するのにちょうど間に合います。 「Electroceuticals」は医療における医薬品に挑戦し始めているため、健康を維持するために埋め込み型電気刺激装置やペースメーカーなどのデバイスに依存する人が増えるでしょう。
「バイオバッテリー」とエネルギースカベンジングにより、これらのデバイスはエネルギー自律型になり、切れたバッテリーを交換するための侵襲的手術の必要性がなくなります。 おまけに、このワイヤレスの世界では、埋め込まれた充電ケーブルが外れたり、感染したりすることを避けることができます。
科学者は 2000 年代初頭から身体を動力源とするデバイスの開発に取り組んできましたが、これまでこの技術は、人間から採取できる微量の電力を得るにはあまりにも多くのエネルギーを必要としていました。 しかし、20 年間の進歩を経て、今日のデバイスは消費するエネルギーが非常に少なくなり、人々から力を引き出す無数のアイデアやプロトタイプへの扉が開かれました。
セルラー発電所
あなたの細胞は基本的にバッテリーであり、砂糖の燃料をエネルギーに変換する生化学的なものです. ドイツのスタートアップ セルトロ マイクロニードルのアレイを利用して、数十万の細胞から微量のエネルギーを収集することにより、この生きている電源を利用しています。 CELTRO の最初の製品は、小型の自律型ペースメーカーです。 「心臓のような筋肉の収縮は、ある時点で始まり、心筋全体に伝播します」と、CEO で共同設立者の Gerd Teepe 氏は言います。 「私たちのアイデアは、この雪崩効果を利用するために、複数のポイントでエネルギーを収集することでした。」 多機能マイクロニードルは、エネルギーを収集するだけでなく、心臓組織に差し込んで心臓を監視し、必要に応じてペーシングを回復するための補助電気ブーストを提供します。 2021 年、CELTRO はラボベースの概念実証研究のためのシード資金を調達しました。
紙燃料電池
フランスのスタートアップ BeFC は、環境に優しい資格を持つバイオバッテリーを構築しています。 その燃料電池は、炭素、セルロース、グルコースの層に加えて、独自の酵素をまき散らしたものを使用しています。 血液や尿などの液体を一滴加えると、電気を発生させる反応が始まります。 紙のパッチは、使い捨ての診断デバイスや、糖尿病患者向けのグルコース監視キットなどの継続的な監視センサーに電力を供給する可能性があります。 使用後は、セルを堆肥にすることもできます。これは、最終的にビンに入れたり焼却したりする他の小型バッテリーとは異なります。 BeFC は現在、シリーズ A の資金調達を行っており、2024 年に最初の製品を市場に投入する予定です。
震える心
パリを拠点とする ケアダック 心臓自体を動力源とするペースメーカーを設計しています。 そのリードレス ペースメーカーは、圧電エネルギー ハーベスター (心拍、血流、および振動によって揺れる振り子) を含むカプセルに詰め込まれています。 振動は電気に変換され、リズムをリセットするために心臓に衝撃が必要であることをデバイスが感知するまで保存されます。 このスタートアップは最近、シリーズ A 資金調達で 1,700 万ユーロ (約 1,830 万ドル) を調達して、前臨床試験を継続し、人体試験に移行しました。
室内照明
ソーラー パネルは一般的な家庭の光景になりつつあり、間もなく医療技術にも光を当てる可能性があります。 オーストラリアのメルボルンにあるモナッシュ大学の研究者は、太陽電池パネルを皮膚の下に置いても、直射日光の場合と比べて最大 10% の電力を生成できることを発見しました。これは、超低消費センサーに電力を供給するのに十分な量です。 太陽の下で数時間、埋め込み型温度センサーを 24 時間稼働させることができます。研究者によると、最適な場所は首と肩の間です。
水力発電の心臓
スイスのベルン大学の研究者によると、ミニタービンは血流を利用して電気に変えることができます。 彼らは、水力発電所のように、心臓の血管に埋め込むことができる魚雷型のタービンを設計し、血流から電気を生成しました。 まだ解決されていない大きな課題は、タービンのブレードに形成される血栓をどのように回避するかということですが、実験室でのシミュレーションでは、タービンは市販のリードレス ペースメーカーに電力を供給するのに十分なエネルギーを生成しました。
ピエゾパッチ
イタリアのスタートアップ ピエゾスキン は、動きを同時に測定し、それらから電力を引き出すことができる極薄の圧電皮膚パッチを開発したと言います。 ある研究では、パッチを使用して嚥下障害または嚥下困難のある人々の首の動きを監視しましたが、同社の生体適合性フィルムは、センサーやウェアラブル用に他の体の動きや振動から電力を取得することもできます.
熱を感じる
スイスの新興企業によると、人間は 1 日あたり約 100 ワットの熱エネルギーを放射しています。 ミトラス、この熱を利用することで、ウェアラブルバイオセンサーや埋め込み型デバイスにさえ電力を供給することができます. TEG として知られる同社の熱電発電機は、身体と環境の温度差を利用して電気を生成します。 Mithras は、摂氏 5 度の差があれば、12 平方センチメートルの TEG 皮膚パッチで人工内耳に完全に電力を供給することができると見積もっています。
この記事はもともと、WIRED UK マガジンの 2023 年 1 月/2 月号に掲載されたものです。