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

加州大學洛杉磯分校 Samueli 工程學院的一個生物工程師團隊發明了一種新型柔軟靈活的自供電生物電子設備。該技術將人體運動（從彎曲肘部到手腕脈搏等細微運動）轉化為電能，可用于為可穿戴和植入式診斷傳感器供電。

研究人員發現，磁致彈性效應是指當微小磁鐵不斷被機械壓力推到一起和拉開時材料磁化程度的變化，這種效應可以存在于一個柔軟而靈活的系統中——而不僅僅是一個剛性系統。為了證明他們的概念，該團隊使用分散在紙一樣薄的硅膠基質中的微型磁鐵來產生磁場，該磁場隨著基質的起伏而改變強度。隨著磁場強度的變化，就會產生電力。

《自然材料》今天發表了一項研究報告，詳細介紹了這一發現、突破和示范背后的理論模型。

“我們的發現為以人體為中心、可以連接到物聯網的實用能源、傳感和治療技術開辟了一條新途徑，”研究負責人、加州大學洛杉磯分校 Samueli 生物工程助理教授 Jun Chen 說。“這項技術的獨特之處在于，當設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。”

陳和他的團隊建造了一個小型、靈活的磁致彈性發電機，由鉑催化的有機硅聚合物基質和釹-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是具有剛性金屬合金的類似尺寸裝置的四倍。結果，該設備產生每平方厘米 4.27 毫安的電流，比次優的同類技術好 10,000 倍。

事實上，柔性磁彈性發生器非常靈敏，可以將人體脈搏波轉換為電信號，并充當自供電、防水的心率監測器。產生的電力還可用于為其他可穿戴設備提供可持續的動力，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動中收集能量的可穿戴發電機，為傳感器和其他設備供電，但缺乏實用性阻礙了這種進展。例如，具有磁彈性效應的剛性金屬合金不能充分彎曲以壓縮皮膚并為可行的應用產生有意義的功率水平。

其他依賴靜電的設備往往不會產生足夠的能量。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備以防止水進入，但這會降低其有效性。然而，加州大學洛杉磯分校團隊的新型可穿戴磁彈性發電機即使在人工汗液中浸泡一周后仍能很好地進行測試。

加州大學洛杉磯分校技術開發集團已經申請了這項技術的專利。

文章來源：3xmaker合越智能

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