Il tessuto indossabile cattura l'energia dal movimento del corpo ai dispositivi di alimentazione

5 giugno 2023

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dalla stampa dell'Università di Tsinghua

I nanoscienziati hanno sviluppato un tessuto indossabile in grado di convertire i movimenti del corpo in elettricità utilizzabile e persino di immagazzinare tale energia. Il tessuto ha potenzialmente una vasta gamma di applicazioni, dal monitoraggio medico all’assistenza agli atleti e ai loro allenatori nel monitorare le loro prestazioni, nonché display intelligenti sugli indumenti.

Il gruppo di ricerca responsabile del tessuto ne descrive il funzionamento in un articolo pubblicato su Nano Research Energy.

Dagli orologi intelligenti alle cuffie senza fili, le persone hanno già accesso a un’ampia gamma di dispositivi elettronici indossabili. Una gamma di monitor per salute, sport e attività è ora integrata negli smartphone.

Ma la precisione di tali sensori rimane limitata a causa della manciata di posizioni sul o vicino al corpo in cui possono essere posizionati, e limitata a una piccola finestra di applicazioni rispetto alle ambizioni di molti specialisti della salute e dello sport per tale tecnologia.

In futuro, se si riusciranno a sviluppare tessuti avanzati, allora forse i dispositivi elettronici indossabili integrati in camicie, pantaloni, biancheria intima e cappelli saranno in grado di monitorare gli indicatori di fragilità per valutare il rischio di malattie legate all’età, monitorare i livelli di cortisolo per tenere traccia dei livelli di stress, o addirittura rilevare agenti patogeni come parte di una rete globale di monitoraggio della pandemia.

Per portare l’elettronica indossabile a un livello superiore, per integrare monitor sanitari, sensori sportivi, sistemi di navigazione e rilevatori di attività negli indumenti in un modo che sia leggero, discreto e meno ingombrante, sono ancora necessarie alcune importanti scoperte nei tessuti avanzati.

Una delle sfide dell’elettronica indossabile esistente deriva dalle limitazioni nella flessibilità e quindi nell’indossabilità dei componenti che forniscono energia ai dispositivi. Inoltre, le unità di alimentazione energetica devono essere facilmente integrabili con i dispositivi e, in un’era di maggiore consapevolezza ambientale, sostenibili. Oltre a tutto ciò, le tecnologie di stoccaggio dell’energia esistenti hanno una capacità molto limitata. Le batterie e i supercondensatori possono immagazzinare energia, ma non possono produrla spontaneamente senza una fonte di alimentazione esterna.

"Inoltre, le batterie non sono molto comode da indossare", ha affermato Feifan Sheng, autore principale dello studio, specialista in carta e nanosistemi presso l'Istituto di nanoenergia e nanosistemi di Pechino presso l'Accademia cinese delle scienze. "Quindi lo sviluppo di alimentatori indossabili e autocaricanti è cruciale."

Il team di nanoscienziati del professor Dong ha prodotto quella che chiamano "fibra-TENG", una struttura flessibile, lavorabile a maglia e indossabile che sfrutta l'effetto triboelettrico, in cui alcuni materiali si caricano elettricamente dopo essere entrati in contatto di attrito con un altro materiale diverso. L'elettricità statica comune, ad esempio, comporta l'elettrificazione indotta dal contatto dell'effetto tribolelettrico.

La fibra-TENG è composta da tre strati: uno strato di acido polilattico (un tipo di poliestere comunemente utilizzato nella stampa 3D), uno strato di ossido di grafene ridotto (un tipo di grafene molto conveniente) e uno strato di polipirrolo (un polimero già ampiamente utilizzato in elettronica e medicina).

Quando la fibra-TENG è sottoposta a deformazione meccanica, come flessione o allungamento da parte della persona che indossa un capo di abbigliamento realizzato con il tessuto, le cariche triboelettriche generate dal contatto tra gli strati di acido polilattico e ossido di grafene ridotto possono essere raccolte dal strato di polipirrolo. Questo processo genera un output elettrico che può essere utilizzato come unità di generazione di energia.