Una batteria che non si scarica mai. Come viene alimentato?

Gli esseri umani sono macchine complesse con parti in movimento che sorprendono in molti modi. Gli scienziati sono della stessa opinione secondo cui il potenziale dell'uomo è infinito. Scienziati e sviluppatori di tecnologia sono pronti a utilizzare il corpo umano come fonte inesauribile di energia. In caso di successo, risolverebbe l’eterno enigma dei dispositivi indossabili più piccoli come orologi intelligenti, cuffie, dispositivi medici e simili che spesso si scaricano nel momento sbagliato.

Il futuro sono i dispositivi con un certo grado di autonomia, inclusa la ricarica automatica della batteria. L'unica domanda è: dove attingere l'energia onnipresente e "infinita"? Gli scienziati sono giunti alla conclusione che il corpo umano può essere una comoda fonte di energia. La scoperta è arrivata al momento giusto, poiché negli ultimi anni il mercato dei dispositivi indossabili è esploso.

I cosiddetti "elettroceutici" si oppongono alla farmacia e alla medicina classica, poiché gli esperti prevedono che sempre più persone dipenderanno da dispositivi indossabili per monitorare e mantenere la salute, come elettrostimolatori impiantati, pacemaker, misuratori di pressione sanguigna e frequenza cardiaca.

Le “biobatterie” e il processo di raccolta dell’energia da fonti esterne potrebbero rendere tali dispositivi energeticamente autonomi, eliminando la necessità di interventi invasivi per sostituire le batterie scariche. Allo stesso tempo ridurremmo la possibilità di dispositivi impiantati in modo errato, della loro infezione o di movimenti successivi indesiderati.

Dall'inizio del secondo millennio, la professione ha sviluppato dispositivi che possono essere alimentati dal corpo umano. Finora non ci sono stati grandi successi. La tecnologia o i dispositivi erano semplicemente troppo dispendiosi per le quantità minime di elettricità che possono essere ottenute attraverso i processi naturali del corpo umano. Dopo due decenni di sforzi, tuttavia, gli esperti sono riusciti a fare un grande passo avanti. Un ringraziamento va anche agli sviluppatori di dispositivi indossabili, che negli ultimi 10 anni sono riusciti a creare dispositivi che consumano una quantità estremamente ridotta di energia. In questo modo, hanno spalancato la porta a idee e prototipi in grado di sfruttare la potenza del nostro corpo.

Una centrale elettrica alimentata da cellule

In poche parole, le cellule possono essere batterie biochimiche che convertono il dolce combustibile in energia. La startup tedesca Celtro sfrutta questa fonte di energia utilizzando serie di microaghi in grado di estrarre piccole quantità di energia da centinaia di migliaia di cellule. Il primo prodotto dell'azienda tedesca sarà un piccolo pacemaker autonomo. "La contrazione muscolare, come il cuore, inizia ad un certo punto e poi si diffonde in tutto il muscolo cardiaco", afferma Gerd Teepe, CEO e co-fondatore. "La nostra idea era quella di raccogliere energia in più punti per sfruttare questa azione ondulatoria del muscolo." Oltre a raccogliere energia, i microaghi multiuso verranno inseriti nel tessuto cardiaco per monitorare il cuore e fornire assistenza con la stimolazione elettrica per ripristinare la funzionalità cardiaca. il ritmo cardiaco quando è necessario. Nel 2021, Celtro ha raccolto con successo fondi sufficienti per iniziare studi di laboratorio per dimostrare la fattibilità del concetto.

Celle a combustibile di carta

La startup francese BeFC sta sviluppando biobatterie con credenziali ecologiche. Ciò significa che la cella a combustibile utilizza strati di carbonio, cellulosa, glucosio e alcuni enzimi proprietari. L'aggiunta di un liquido, come sangue o urina, innesca una reazione che produce elettricità. Il loro prodotto, sotto forma di cerotti di carta, potrebbe alimentare dispositivi diagnostici usa e getta e sensori per il monitoraggio continuo delle condizioni, come i kit di monitoraggio dello zucchero per i diabetici. Dopo l’uso, le celle a combustibile possono anche essere compostate, a differenza di altre batterie in miniatura che finiscono nelle discariche. BeFC è attualmente in fase di raccolta fondi. Si aspettano di arrivare sul mercato con i loro prodotti nel 2024.

Pacemaker con raccoglitore di energia piezoelettrica

Il CAIRDAC, con sede a Parigi, sta sviluppando un pacemaker alimentato dal cuore del paziente. Il pacemaker senz’acqua è confezionato in una capsula contenente un raccoglitore di energia piezoelettrico – un pendolo che oscilla attraverso il battito cardiaco, il flusso sanguigno e le vibrazioni. Le oscillazioni vengono convertite in elettricità e immagazzinate finché il dispositivo non rileva che il cuore ha bisogno di una scarica per ripristinare il ritmo. La startup ha recentemente raccolto 17 milioni di euro per continuare i test preclinici e il passaggio alla sperimentazione umana.

Alimentare sensori e impianti con l'energia solare?

Negli ultimi due anni i pannelli solari si sono diffusi su molti tetti delle case. Anche in Slovenia ad un certo punto si è formata una lunga coda per la realizzazione di una centrale solare indipendente. I ricercatori della Monash University di Melbourne hanno scoperto che un pannello solare posizionato sotto la pelle è in grado di produrre fino a 10 % di energia solare alla luce solare diretta. Questo è sufficiente per alimentare dispositivi con consumi estremamente bassi. Basterebbero poche ore di energia solare per il funzionamento 24 ore su 24 di un sensore di temperatura che può essere impiantato nel corpo umano. Secondo i ricercatori, il posto ottimale per impiantare un pannello solare è tra il collo e la spalla.

Cuore idroelettrico

Le miniturbine potrebbero sfruttare il flusso sanguigno e convertirlo in elettricità, almeno questo è ciò che sta scoprendo l'Università di Berna. I ricercatori hanno progettato una turbina a forma di siluro che potrebbe essere impiantata in un vaso sanguigno nel cuore, creando un modo per generare elettricità attraverso il flusso sanguigno, in modo simile a come funziona l’energia idroelettrica. Una delle sfide più importanti che stanno affrontando attivamente è come evitare la formazione di coaguli di sangue sulle pale delle turbine. Nei test di laboratorio, la loro turbina è stata in grado di generare energia sufficiente per alimentare i pacemaker senz’acqua disponibili in commercio.

Patch piezoelettrico

La startup italiana PiezoSkin afferma di aver sviluppato un cerotto piezoelettrico ultrasottile in grado di misurare contemporaneamente i movimenti umani ed estrarne energia. In uno studio, il cerotto è stato utilizzato per monitorare il movimento del collo in persone con disfagia (difficoltà a deglutire), ma potrebbe anche essere utilizzato per monitorare e assorbire energia attraverso altri movimenti e vibrazioni del corpo. Analogamente agli altri prototipi, le patch PiezoSkin potrebbero generare energia sufficiente per alimentare dispositivi più piccoli.

Fornitura di calore?

Il corpo umano emette in media 100 watt di energia termica al giorno che, secondo l’azienda svizzera Mithras, potrebbero essere sufficienti per alimentare biosensori e impianti indossabili. I loro alimentatori termoelettrici, detti TEG, generano elettricità sfruttando la differenza di temperatura tra il corpo e l’ambiente. L'azienda stima che il loro cerotto cutaneo TEG con una differenza di temperatura di 5 gradi Celsius potrebbe alimentare completamente un impianto cocleare.