Baterija, ki ji nikoli ne zmanjka moči. Kako se napaja?

Ljudje smo kompleksni stroji z gibljivimi deli, ki presenečajo na številne načine. Znanstveniki so enotnega mnenja, da je potencial človeka neskončen. Znanstveniki in razvijalci tehnologije so pripravljeni, da človeško telo uporabijo kot neskončen vir energije. V primeru uspeha bi rešili večno zagato manjših nosljivih naprav, kot so pametne ure, slušalke, medicinske in podobne naprave, ki jim pogosto zmanjka energije ob nepravem času.

Naprave z določeno mero avtonomnosti, kar zajema tudi samodejno polnjenje baterije, so prihodnost. Vprašanje je le, kje črpati energijo, ki je vseprisotna in »neskončna«? Znanstveniki so prišli do ugotovitve, da je ravno človeško telo lahko priročen vir napajanja. Ugotovitev je prišla ob pravem času, saj je v zadnjih letih trg nosljivih naprav eksplodiral.

Tako imenovana »elektrocevtika« se zoperstavlja klasični farmaciji in medicini, kajti strokovnjaki napovedujejo, da bo vse več ljudi odvisnih od nosljivih naprav za spremljanje in ohranjanje zdravja, kot so vsajeni elektrostimulatorji, srčni spodbujevalniki, merilci pritiska in utripa.

»Biobaterije« in proces zbiranja energije iz zunanjih virov bi lahko tovrstne naprave naredile energijsko avtonomne, s čimer bi odpravili potrebo po invazivnih posegih za zamenjavo praznih baterij. Istočasno bi zmanjšali možnost napačno vsajenih naprav, njihove okužbe ali neželenih naknadnih premikov.

Stroka že od začetka drugega tisočletja razvija naprave, ki jih lahko poganja človeško telo. Doslej večjih uspehov ni bilo. Tehnologija oziroma naprave so bile enostavno preveč potratne za minimalne količine električne energije, ki jo je mogoče pridobiti z naravnimi procesi človeškega telesa. Po dveh desetletjih truda pa je strokovnjakom vendarle uspelo narediti večji preskok. Zahvala gre tudi razvijalcem nosljivih naprav, ki so v zadnjih 10 letih uspeli ustvariti naprave, ki porabijo izjemno majhno količino energije. S tem so na široko odprli vrata idejam in prototipom, ki lahko izkoristijo moč naših teles.

Elektrarna, ki jo poganjajo celice

Celice so preprosto povedano lahko biokemične baterije, ki sladko gorivo pretvarjajo v energijo. Nemško zagonsko podjetje Celtro izkorišča ta vir energije z uporabo nizov mikroigel, s katerimi lahko pridobivajo majhne količine energije iz več sto tisoč celic. Prvi izdelek nemškega podjetja bo majhen avtonomni srčni spodbujevalnik. »Krčenje mišic se, tako kot srce, začne na eni točki in se nato razširi po celotni srčni mišici,« pravi izvršni direktor in soustanovitelj Gerd Teepe. »Naša ideja je bila zbrati energijo na več točkah, s čimer bi izkoristili to valovito delovanje miščice.« Poleg pridobivanja energije se bodo večnamenske mikroigle vstavile v srčno tkivo za spremljanje srca in zagotovile pomoč pri električni spodbudi za ponovno vzpostavitev srčnega ritma, kadar je to potrebno. Leta 2021 je Celtro uspešno zbral dovolj sredstev za začetek laboratorijskih študij za dokazovanje uporabnosti koncepta.

Papirnate gorivne celice

Francosko zagonsko podjetje BeFC razvija biobaterije z zelenimi poverilnicami. To pomeni, da gorivna celica uporablja plasti ogljika, celuloze, glukoze in nekaj lastniških encimov. Z dodajanjem tekočine, na primer krvi ali urina, se sproži reakcija, ki proizvaja elektriko. Njihov proizvod v obliki papirnatih obližev bi lahko napajal diagnostične naprave za enkratno uporabo in senzorje za neprekinjeno spremljanje stanja, kot so kompleti za nadzor sladkorja pri sladkornih bolnikih. Po uporabi naj bi se gorivne celice lahko celo kompostirale, za razliko od drugih miniaturnih baterij, ki sčasoma pristanejo na odlagališčih. BeFC je trenutno v fazi zbiranja sredstev. Pričakujejo, da bodo s svojimi izdelki prišli na trg leta 2024.

Srčni spodbujevalnik s piezoelektričnim zbiralnikom energije

Podjetje CAIRDAC s sedežem v Parizu razvija srčni spodbujevalnik, ki ga poganja srce pacienta. Brezvodni srčni spodbujevalnik je zapakiran v kapsulo, ki vsebuje piezoelektrični zbiralnik energije – nihalo, ki niha skozi srčni utrip, pretok krvi in vibracije. Nihanja se pretvorijo v elektriko in shranijo, dokler naprava ne zazna, da srce potrebuje sunek za ponastavitev ritma. Startup podjetje je nedavno zbralo 17 milijonov evrov za nadaljevanje predkliničnih testiranj in prehod na poskuse na ljudeh.

Napajanje senzorjev in vsadkov s sončno energijo?

Sončne celice so se v zadnjih dveh letih razširile na številne strehe gospodinjstev. Tudi v Sloveniji je bila v nekem trenutku dolga čakalna vrsta za vzpostavitev samostojne sončne elektrarne. Raziskovalci z Univerze Monash v Melbournu so ugotovili, da je solarna plošča, nameščena pod kožo, sposobna proizvesti do 10 % energije sončne plošče na neposredni sončni svetlobi. To je dovolj za napajanje naprav z izjemno nizko porabo. Nekaj ur napajanja na soncu bi bilo dovolj za 24-urno delovanje temperaturnega senzorja, ki ga je mogoče vsaditi v človeško telo. Optimalno mesto za vsaditev sončne plošče naj bi bilo po podatkih raziskovalcev med vratom in ramo.

Hidroelektrično srce

Mini turbine bi lahko izkoristile krvni pretok in ga pretvorile v elektriko, vsaj tako ugotavljajo na Univerzi v Bernu. Tamkajšnji raziskovalci so zasnovali turbino v obliki torpeda, ki bi jo lahko vsadili v krvno žilo v srcu in tako vzpostavili način proizvajanja elektrike s pomočjo pretoka krvi, na podoben način kot deluje hidroelektrarna. Velik izziv, s katerim se aktivno spopadajo je, kako se izogniti nastajanju krvnih strdkov na lopaticah turbine. V laboratorijskih preizkusih je njihova turbina uspela ustvariti dovolj energije za napajanje komercialno dostopnih brezvodnih srčnih spodbujevalnikov.

Piezoelektrični obliž

Italijanski startup PiezoSkin trdi, da so razvili ultra tanek piezoelektrični kožni obliž, ki lahko istočasno meri človeške gibe in iz njih črpa energijo. V eni izmed študij so obliž uporabili za spremljanje gibanja vratu pri ljudeh s disfagijo (težave pri požiranju), vendar bi ga lahko uporabili tudi pri spremljanju in črpanju moči s pomočjo drugih telesnih gibov in vibracij. Podobno kot ostali prototipi bi tudi PiezoSkin obliži lahko proizvedli dovolj energije za napajanje manjših naprav.

Napajanje s toploto?

Človeško telo v povprečju oddaja 100 vatov toplotne energije na dan, kar bi po podatkih švicarskega podjetja Mithras lahko zadoščalo za napajanje nosljivih biosenzorjev in vsadkov. Njihovi termoelektrični napajalniki, znani kot TEG, ustvarjajo električno energijo z izkoriščanjem temperaturne razlike med telesom okoljem. Podjetje ocenjuje, da bi njihov TEG kožni obliž s temperaturno razliko 5 stopinj Celzija lahko v celoti napajal polžev vsadek.