磁彈性效應(yīng)——材料在機(jī)械應(yīng)力下的磁性變化——通常在剛性合金中觀察到，其機(jī)械模量與人體組織的機(jī)械模量顯著不同，從而限制了它們在生物電子學(xué)應(yīng)用中的應(yīng)用。結(jié)合在作為磁感應(yīng)層的聚二甲基硅氧烷上圖案化的液態(tài)金屬線圈，軟磁彈性復(fù)合材料用于可拉伸和防水的磁彈性發(fā)電機(jī)，可貼合人體皮膚。此類設(shè)備可用作可穿戴或植入式發(fā)電機(jī)和生物醫(yī)學(xué)傳感器，為以人體為中心的應(yīng)用開辟了替代途徑。

加州大學(xué)洛杉磯分校 Samueli 工程學(xué)院的一個生物工程師團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型柔軟靈活的自供電生物電子設(shè)備。該技術(shù)將人體運(yùn)動（從彎曲肘部到手腕脈搏等細(xì)微運(yùn)動）轉(zhuǎn)化為電能，可用于為可穿戴和植入式診斷傳感器供電。

研究人員發(fā)現(xiàn)，磁致彈性效應(yīng)是指當(dāng)微小磁鐵不斷被機(jī)械壓力推到一起和拉開時材料磁化程度的變化，這種效應(yīng)可以存在于一個柔軟而靈活的系統(tǒng)中——而不僅僅是一個剛性系統(tǒng)。為了證明他們的概念，該團(tuán)隊(duì)使用分散在紙一樣薄的硅膠基質(zhì)中的微型磁鐵來產(chǎn)生磁場，該磁場隨著基質(zhì)的起伏而改變強(qiáng)度。隨著磁場強(qiáng)度的變化，就會產(chǎn)生電力。

《自然材料》今天發(fā)表了一項(xiàng)研究報告，詳細(xì)介紹了這一發(fā)現(xiàn)、突破和示范背后的理論模型。

“我們的發(fā)現(xiàn)為以人體為中心、可以連接到物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)用能源、傳感和治療技術(shù)開辟了一條新途徑，”研究負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)洛杉磯分校 Samueli 生物工程助理教授 Jun Chen 說。“這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特之處在于，當(dāng)設(shè)備貼在人體皮膚上時，它可以讓人們舒適地伸展和移動，而且由于它依賴于磁力而不是電，因此濕度和我們自己的汗水不會影響其有效性。”

陳和他的團(tuán)隊(duì)建造了一個小型、靈活的磁致彈性發(fā)電機(jī)，由鉑催化的有機(jī)硅聚合物基質(zhì)和釹-鐵-硼納米磁鐵制成。然后，他們用柔軟、有彈性的硅膠帶將其固定在受試者的肘部。他們觀察到的磁彈性效應(yīng)是具有剛性金屬合金的類似尺寸裝置的四倍。結(jié)果，該設(shè)備產(chǎn)生每平方厘米 4.27 毫安的電流，比次優(yōu)的同類技術(shù)好 10,000 倍。

事實(shí)上，柔性磁彈性發(fā)生器非常靈敏，可以將人體脈搏波轉(zhuǎn)換為電信號，并充當(dāng)自供電、防水的心率監(jiān)測器。產(chǎn)生的電力還可用于為其他可穿戴設(shè)備提供可持續(xù)的動力，例如汗液傳感器或溫度計。

人們一直在努力制造可從人體運(yùn)動中收集能量的可穿戴發(fā)電機(jī)，為傳感器和其他設(shè)備供電，但缺乏實(shí)用性阻礙了這種進(jìn)展。例如，具有磁彈性效應(yīng)的剛性金屬合金不能充分彎曲以壓縮皮膚并為可行的應(yīng)用產(chǎn)生有意義的功率水平。

其他依賴靜電的設(shè)備往往不會產(chǎn)生足夠的能量。它們的性能也會在潮濕條件下或皮膚上有汗水時受到影響。一些人試圖封裝此類設(shè)備以防止水進(jìn)入，但這會降低其有效性。然而，加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)的新型可穿戴磁彈性發(fā)電機(jī)即使在人工汗液中浸泡一周后仍能很好地進(jìn)行測試。

加州大學(xué)洛杉磯分校技術(shù)開發(fā)集團(tuán)已經(jīng)申請了這項(xiàng)技術(shù)的專利。

文章來源：3xmaker合越智能

原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦5G加工展）：加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員開發(fā)自供電可穿戴生物電子設(shè)備