Trasformare il corpo umano in una batteria?


    Un team di ricercatori USA ha progettato un nuovo dispositivo per convertire il calore del corpo umano in energia elettrica.

    • Nel prossimo futuro, i pacemaker potrebbero funzionare con l'energia elettrica "prodotta" attraverso il calore corporeo;

    • I dispositivi per generare elettricità potrebbero sostituire le batterie degli orologi e altre fonti di alimentazione per i dispositivi elettronici indossabili (ad es. Smartwatch);

    • Maggiore sarà la differenza di temperatura tra la superficie interna e quella esterna e maggiore sarà l'energia "prodotta".

     

    Un nuovo dispositivo potrebbe trasformare il calore del corpo umano in elettricità come se fosse una batteria, ciò significa che pacemaker, pompe per la somministrazione di farmaci (pompe di infusione) e altri dispositivi medici impiantabili potrebbero funzionare con un nuovo tipo di energia rinnovabile, quella prodotta dal nostro corpo.

     

    Il dispositivo indossabile, che si chiama generatore termoelettrico (TEG, thermoelectric generator), trasforma direttamente il calore del corpo in energia elettrica. 

    Immagine - Il dispositivo termoelettrico indossabile come un anello. (Credit: Xiao Lab)Immagine - Il dispositivo termoelettrico indossabile come un anello. (Credit: Xiao Lab)

    Gli scienziati dell'Università del Colorado Boulder, USA hanno ideato il dispositivo TEG sotto forma di un anello elastico, il piccolo generatore potrebbe teoricamente essere delle dimensioni di un orologio da polso o anche più grande a seconda della potenza che si desidera generare.

     

    Come funziona il TEG?

    Per prima cosa il dispositivo va indossato direttamente a contatto con la pelle. Circuiti flessibili e malleabili all'interno del dispositivo convertono quindi il calore corporeo in elettricità. 

     

    Nel frattempo, un materiale speciale incorporato all'interno del dispositivo è in grado di autorigenerarsi e cambiare configurazione per evitare di rompersi mentre ci si muove.

     

    Il TEG è elasticizzato e resistente proprio come la pelle. Ciò significa che puoi indossarlo comodamente in tutti i tipi di condizioni senza rischiare di romperlo, scrivono gli scienziati nel loro studio recentemente pubblicato sulla rivista Science Advances

     

    Mentre la parte del dispositivo che è a contatto con la pelle trasforma il calore in energia l'altra parte del TEG è in grado di assorbire l'energia solare dal suo "lato freddo", ossia la zona opposta del dispositivo più lontana dalla pelle.


     

    «In futuro, vogliamo essere in grado di alimentare l'elettronica indossabile senza dover includere una batteria», scrive il Dott. Jianliang Xiao, professore associato presso il dipartimento di ingegneria meccanica dell'Università del Colorado Boulder. «Ogni volta che si utilizza una batteria, sarà sempre necessario sostituirla perché prima o poi si esaurirà. La cosa bella del nostro dispositivo termoelettrico è che puoi indossarlo e ti fornisce una potenza costante».

     

    Consideriamo adesso il naturale processo di conduzione termica del corpo umano. Per mantenere una temperatura costante di 37 °C il corpo deve regolare uno stretto equilibrio tra guadagno di calore e perdita di calore.

    I generatori termoelettrici usano una differenza di temperatura, come la temperatura del nostro corpo rispetto all'aria circostante, per trasformare tale differenza di temperatura in energia. 

     

    In natura per arrivare all'equilibrio termico il calore viene dissipato automaticamente verso zone più fredde, i TEG possono catturare tali particelle energizzate mentre passano attraverso una barriera ultrasottile.

     

    Tali dispositivi indossabili possono generare circa un volt di energia per ogni centimetro quadrato di pelle, si tratta di un valore di tensione elettrica per unità di superficie inferiore rispetto alla maggior parte delle batterie attualmente esistenti. 

    Sfruttare la modularità dei dispositivi per generare più energia

    Tuttavia, grazie alla modularità di tali dispositivi, i ricercatori potrebbero espandere le dimensioni dei dispositivi partendo dagli anelli per arrivare ai braccialetti sportivi simili agli smartwatch oppure collegare più dispositivi insieme in modo da ottenere una fascia indossabile piena di celle TEG.

    I nuovi moduli potrebbero creare ancora più energia, alimentando dispositivi con requisiti elettrici più elevati.

    Non solo smartwatch o dispositivi per il fitness

    Gli scienziati affermano che tale tecnologia potrebbe eliminare la necessità di dover utilizzare le batterie nei dispositivi per l'utilizzo sugli esseri umani, non solo smartwatch o dispositivi per il fitness ma anche pacemaker e altri impianti che richiedono energia elettrica per funzionare. 

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    Le batterie sono una tecnologia piuttosto sporca dal punto di vista dell'impatto ambientale, vengono infatti utilizzati metalli terrestri rari e materiali corrosivi. Il corpo potrebbe fare lo stesso lavoro di una batteria di un orologio da polso attraverso l'utilizzo di una tecnologia più pulita e riciclabile.

    I ricercatori sostengono che tra 5-10 anni potremmo vedere questi dispositivi indossabili nei negozi.

    «Stiamo cercando di rendere i nostri dispositivi il più possibile economici e affidabili, pur avendo un basso impatto ambientale», scrive il prof. Xiao. 

    Se i dispositivi sviluppati dai ricercatori dovessero riuscire a diventare competitivi sia dal punto di vista economico sia dal punto di vista dell'affidabilità potremmo forse evitare che un quantitativo consistente di batterie finisca nell'ambiente inquinandolo, ogni anno. 

    Riferimenti

    Lo studio "High-performance wearable thermoelectric generator with self-healing, recycling, and Lego-like reconfiguring capabilities" è stato pubblicato sulla rivista Science Advances