Bateria, która nigdy się nie wyczerpie. Przełom jest bardzo blisko

W poszukiwaniu niewyczerpywalnego źródła energii naukowcy doszli do wniosku, że nie muszą wcale szukać daleko. Wystarczy wykorzystać ludzkie ciało, które może być ekologicznym jej źródłem.

Publikacja: 27.02.2023 01:11

Naukowcy od początku XXI wieku pracują nad urządzeniami zasilanymi energią ludzkiego ciała. Mikrotur

Naukowcy od początku XXI wieku pracują nad urządzeniami zasilanymi energią ludzkiego ciała. Mikroturbiny mogłyby wykorzystać przepływ krwi i przekształcić ją w energię elektryczną.

Foto: shutterstock

Wyczerpująca się nagle bateria rozrusznika serca to jeden z problemów spędzających sen z powiek lekarzy i naukowców. Rozwiązaniem mogą być urządzenia samozasilające się, a naukowcy odkryli, że samo ludzkie ciało może być poręcznym źródłem zasilania. Elektroceutyki mogą okazać się przyszłością medycyny i farmacji. Zamiast przepisywać tabletki lub zastrzyki, lekarze będą wszczepiać maleńkie elektrody, oddziałujące na poszczególne włókna nerwowe, a także wykorzystywać je do zasilania urządzeń medycznych, takich jak rozruszniki serca czy stymulatory mózgu dla chorych na epilepsję. Biobaterie mogą sprawić, że te urządzenia będą autonomiczne energetycznie, eliminując potrzebę inwazyjnej operacji w celu wymiany zużytych baterii. Na dodatek odpadłby problem z przemieszczającymi się kablami i infekcjami wokół nich – co dziś jest dość powszechnym problemem towarzyszącym takim urządzeniom.

Naukowcy pracują nad urządzeniami zasilanymi energią ludzkiego ciała od początku XXI wieku. Do tej pory technologia ta była zbyt energochłonna w stosunku do niewielkich ilości energii elektrycznej, które można uzyskać z ludzkich tkanek. Jednak kolejne urządzenia medyczne są coraz bardziej energooszczędne i zużywają bardzo mało energii, co daje naukowcom zupełnie nowe możliwości.

Niemiecki start-up CELTRO wie, jak wykorzystać tę energię za pomocą układu mikroigieł z setek tysięcy komórek jednocześnie. Pierwszym produktem firmy będzie mały autonomiczny rozrusznik serca. „Skurcz mięśni, podobnie jak serca, rozpoczyna się w jednym punkcie, a następnie rozchodzi się po całym mięśniu sercowym” – mówi dyrektor generalny i współzałożyciel firmy Gerd Teepe. „Naszym pomysłem było zbieranie tej energii w wielu punktach, aby wykorzystać efekt lawiny” – wyjaśnia. Oprócz zbierania energii wielofunkcyjne mikroigły będą podłączane do tkanki serca w celu monitorowania pracy serca i dostarczania w razie potrzeby wspomagającego impulsu elektrycznego w celu przywrócenia stymulacji. W 2021 roku CELTRO zebrał fundusze na laboratoryjne badania nad takim urządzeniem.

Niemiecka firma nie jest jednak jedyną, która chce wykorzystać elektryczne właściwości ludzkiego organizmu. Francuski start-up BeFC buduje biobaterie z węgla, celulozy i glukozy oraz opatentowanych enzymów. Dodanie kropli płynu – krwi lub moczu – uruchamia reakcję, która generuje elektryczność. Takie baterie w kształcie papierowych plastrów mogłyby zasilać jednorazowe urządzenia diagnostyczne i czujniki ciągłego monitorowania, takie jak zestawy do monitorowania poziomu glukozy dla osób z cukrzycą. Po zużyciu ogniwa można nawet kompostować – w przeciwieństwie do innych miniaturowych baterii, które ostatecznie są wyrzucane do kosza lub spalane. BeFC chce wejść na rynek ze swoimi bateriami w 2024 roku.

CAIRDAC z siedzibą w Paryżu opracowuje rozrusznik serca, który jest napędzany przez samo serce. Jego bezołowiowy rozrusznik jest zapakowany w kapsułę zawierającą piezoelektryczny zbieracz energii – wahadło, które napędzane jest biciem serca, przepływem krwi i wibracjami. Oscylacje są przekształcane w energię elektryczną i przechowywane, dopóki urządzenie nie wyczuje, że serce potrzebuje wstrząsu. Start-up niedawno zebrał 17 milionów euro, aby kontynuować testy przedkliniczne i przejść do badań na ludziach.

Jest też kilka dość fantastycznych projektów naukowych, które na razie są w fazie koncepcyjnej.

Naukowcy z Monash University w Melbourne w Australii odkryli, że panel słoneczny umieszczony pod skórą wytwarza do 10 procent więcej energii elektrycznej niż panel wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych – wystarczająco dużo, aby zasilić czujnik o bardzo niskim zużyciu energii. Kilka godzin na słońcu może zasilić wszczepialny czujnik temperatury przez 24 godziny, a naukowcy twierdzą, że najlepszym miejscem dla niego jest kawałek skóry między szyją a ramieniem.

Z kolei zdaniem naukowców z Uniwersytetu w Bernie w Szwajcarii miniturbiny mogłyby okiełznać przepływ krwi i przekształcić ją w energię elektryczną. Zaprojektowali turbinę w kształcie torpedy, którą można wszczepić do naczynia krwionośnego w sercu, wytwarzając energię elektryczną z przepływu krwi, co działa podobnie jak elektrownia wodna. Dużym wyzwaniem, jak dotąd nierozwiązanym, jest uniknięcie tworzenia się skrzepów krwi na łopatkach turbiny, jednak w symulacjach laboratoryjnych turbina generowała energię wystarczającą do zasilania dostępnych na rynku bezołowiowych rozruszników serca.

Natomiast włoski start-up PiezoSkin twierdzi, że opracował ultracienki piezoelektryczny plaster na skórę, który może jednocześnie mierzyć ruchy i pobierać z nich energię. W jednym badaniu wykorzystano plaster do monitorowania ruchów szyi u osób z dysfagią lub trudnościami w połykaniu. Jednak według naukowców biokompatybilny plaster może również pobierać energię z ruchów innych części ciała i wibracji, zasilając urządzenia ubieralne.

Ludzie emitują około 100 watów energii cieplnej dziennie, a według szwajcarskiego start-upu Mithras wykorzystanie tego ciepła może zasilać biosensory do noszenia, a nawet urządzenia wszczepiane pod skórę. Generatory termoelektryczne, znane jako TEG, wytwarzają energię elektryczną, wykorzystując różnicę temperatur między ciałem a otoczeniem. Mithras szacuje, że przy różnicy 5 stopni Celsjusza 12-centymetrowy plaster skóry TEG może całkowicie zasilić implant ślimakowy u osób niedosłyszących.

Wyczerpująca się nagle bateria rozrusznika serca to jeden z problemów spędzających sen z powiek lekarzy i naukowców. Rozwiązaniem mogą być urządzenia samozasilające się, a naukowcy odkryli, że samo ludzkie ciało może być poręcznym źródłem zasilania. Elektroceutyki mogą okazać się przyszłością medycyny i farmacji. Zamiast przepisywać tabletki lub zastrzyki, lekarze będą wszczepiać maleńkie elektrody, oddziałujące na poszczególne włókna nerwowe, a także wykorzystywać je do zasilania urządzeń medycznych, takich jak rozruszniki serca czy stymulatory mózgu dla chorych na epilepsję. Biobaterie mogą sprawić, że te urządzenia będą autonomiczne energetycznie, eliminując potrzebę inwazyjnej operacji w celu wymiany zużytych baterii. Na dodatek odpadłby problem z przemieszczającymi się kablami i infekcjami wokół nich – co dziś jest dość powszechnym problemem towarzyszącym takim urządzeniom.

Pozostało 83% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Technologie
Fałszywe oferty pracy to już plaga. Sztuczna inteligencja wspiera oszustów
Technologie
„Babcie supermodelki”. Naukowcy wynaleźli lek przedłużający życie aż o jedną czwartą
Technologie
Chcieli tworzyć historię i nadać AI prawa pracownicze. „Bunt” i klęska dużej firmy
Technologie
Powstały superbaterie przyszłości. Mają niezwykłe możliwości
Materiał Promocyjny
Mała Księgowość: sprawdzone rozwiązanie dla małych i średnich przedsiębiorców
Technologie
Przełomowe odkrycie. Era elektroniki o niespotykanej szybkości, wydajności i miniaturyzacji