Une équipe de bio-ingénieurs de la Samueli School of Engineering de l'UCLA a inventé un nouveau dispositif bioélectronique souple et flexible auto-alimenté. Un générateur magnétoélastique flexible qui convertit les mouvements du corps humain — de la flexion du coude à des mouvements subtils tels qu'une impulsion au poignet — en électricité. Une énergie qui pourrait alimenter des capteurs de diagnostic portables ou implantables.
L'effet magnétoélastique consiste à modifier le degré de magnétisation d'un matériau lorsque de petits aimants sont constamment rapprochés et éloignés par une pression mécanique. Les chercheurs ont découvert que cet effet peut exister dans un système souple et flexible, et pas seulement rigide. Pour prouver son concept, l'équipe a utilisé des aimants microscopiques dispersés dans une matrice de silicone très fine. Ce qui permet de générer un champ magnétique dont l'intensité change lorsque la matrice ondule. La variation de l'intensité du champ magnétique génère de l'électricité.
Un générateur magnétoélastique flexible de la taille d'une pièce de 25 cents
« Notre découverte ouvre une nouvelle voie pour les technologies pratiques d'énergie, de détection et de thérapie. Des technologies centrées sur le corps humain et que l'on peut connecter à l'Internet des objets », a déclaré le responsable de l'étude, Jun Chen, professeur adjoint de bio-ingénierie à UCLA Samueli. Ce qui rend cette technologie unique, c'est qu'elle permet aux gens de s'étirer et de bouger avec confort. Ce, même lorsque le dispositif est pressé contre la peau humaine. Elle est aussi unique parce qu'elle repose sur le magnétisme plutôt que sur l'électricité. Ainsi, l'humidité de notre propre sueur ne compromet pas son efficacité.
Chen et son équipe ont construit un petit générateur magnétoélastique flexible de la taille d'une pièce de 25 cents américains. Il se compose d'une matrice de polymère de silicone catalysée au platine et de nano-aimants en néodyme-fer-bore. Ils l'ont ensuite fixé au coude d'un sujet à l'aide d'une bande de silicone souple et extensible. L'effet magnétoélastique qu'ils ont observé était quatre fois supérieur à celui d'installations de taille similaire avec des alliages métalliques rigides. En conséquence, le dispositif a généré des courants électriques de 4,27 milliampères par centimètre carré. Ce qui est 10 000 fois mieux que la meilleure technologie comparable suivante.
Un dispositif extrêmement flexible
En fait, le générateur magnétoélastique flexible est si sensible qu'il pourrait convertir les ondes du pouls humain en signaux électriques. Il peut ainsi servir de moniteur de fréquence cardiaque étanche et auto-alimenté. L'électricité produite peut également servir à alimenter durablement d'autres dispositifs portables, tels qu'un capteur de sueur ou un thermomètre.
Les chercheurs ont dépolyés un effort continu pour fabriquer des générateurs portables qui récoltent l'énergie des mouvements du corps humain pour alimenter des capteurs et d'autres appareils. Toutefois, le manque de praticité a entravé ces progrès. Par exemple, les alliages métalliques rigides à effet magnétoélastique ne se plient pas suffisamment pour se comprimer contre la peau et générer des niveaux d'énergie significatifs pour des applications viables.
D'autres dispositifs qui reposent sur l'électricité statique ont tendance à ne pas générer suffisamment d'énergie. En effet, l'humidité ou la sueur sur la peau peuvent affecter leurs performances. Certains ont essayé d'encapsuler ces dispositifs pour empêcher l'eau d'entrer, mais cela réduit leur efficacité. Les nouveaux générateurs magnétoélastiques portables de l'équipe de l'UCLA ont cependant donné de bons résultats même après avoir été trempés dans de la transpiration artificielle pendant une semaine.
À noter que le groupe de développement technologique de l'UCLA a déjà déposé un brevet sur cette technologie.
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