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Votre entraînement pourrait-il charger votre smartphone?
Un jour, votre séance d’entraînement physique ou votre jogging matinal pourrait non seulement vous recharger, mais aussi recharger votre smartphone ou tout autre petit appareil électronique. Les scientifiques ont mis au point un biocapteur monté dans un tatouage temporaire capable de surveiller les progrès de l'utilisateur pendant l'exercice et d'exploiter leur sueur pour produire de l'énergie électrique.
Les biobatteries se rechargent plus rapidement que les batteries conventionnelles, elles utilisent des énergies renouvelables et n'explosent pas ou ne fuient pas de produits chimiques toxiques.
L'innovation est l'?uvre d'une équipe dirigée par Joseph Wang, professeur distingué et titulaire de la chaire de nanotechnologie à l'Université de Californie. Ils ont présenté leur nouvelle approche de la biobatterie lors d'une récente réunion de l'American Chemical Society à San Francisco.
Comparées aux batteries conventionnelles, les biobatteries présentent plusieurs avantages: elles se rechargent plus rapidement, utilisent des énergies renouvelables (en l'occurrence la sueur corporelle) et n'explosent pas ou ne fuient pas de produits chimiques toxiques.
Le professeur Wang a déclaré que son travail montre "les premiers exemples de cellules de biocapteurs et de biocombustibles électrochimiques épidermiques qui pourraient potentiellement être utilisés pour une large gamme d'applications futures".
Comme nous transpirons, nous produisons du lactate, «un indicateur très important de votre activité physique», explique le Dr Wenzhao Jia, étudiant postdoctoral au laboratoire du professeur Wang.
Généralement, plus nous exerçons intensément plus nous produisons de lactate, car la respiration aérobie n'est pas suffisante pour produire l'énergie dont nous avons besoin et la respiration anaérobie se déclenche. La respiration anaérobie convertit le glucose ou le glycogène en acide lactique.
Les athlètes professionnels contrôlent leurs niveaux de lactate pour évaluer leur condition physique et leurs performances d'entraînement. Les médecins évaluent également les taux de lactate pendant l'exercice afin de tester les patients pour une maladie cardiaque ou pulmonaire, ainsi que d'autres conditions marquées par un taux élevé de lactate.
Mesure en temps réel non invasive des taux de lactate pendant l'exercice
La Dre Jia et ses collègues ont mis au point une méthode plus rapide, plus facile et non invasive pour mesurer le lactate pendant l'exercice en temps réel. Avant leur innovation, le seul moyen d'y parvenir était de prélever des échantillons de sang à intervalles réguliers pendant l'exercice et de les envoyer pour analyse.
Le nouveau capteur, qui peut être imprimé sur un tatouage temporaire, contient une enzyme qui produit un courant électrique faible en éliminant les électrons des molécules de lactate.
Les scientifiques ont testé le nouveau dispositif sur 10 volontaires sains. Ils ont appliqué les tatouages ??temporaires sur le bras des volontaires et ont mesuré la quantité de courant électrique qu'ils produisaient pendant l'exercice.
Les volontaires ont exercé sur des vélos stationnaires pendant 30 minutes, la résistance augmentant progressivement au cours de la période. Les capteurs ont permis aux scientifiques de surveiller les taux de lactate dans la sueur à mesure qu'ils évoluaient avec l'intensité de l'exercice.
Biobattery utilise le lactate de la sueur pour générer de l'énergie
L'équipe a ensuite développé la technologie une étape plus loin et a réalisé une biobatterie à la sueur.
Ils ont utilisé l'enzyme qui enlève le lactate des électrons pour agir en tant qu'anode et ont utilisé un produit chimique qui accepte les électrons comme cathode. Les électrons se déplaçant d'une anode à une cathode constituent le principe de base sur lequel fonctionne une batterie.
Pour voir comment fonctionne le périphérique, lisez la vidéo ci-dessous.
L'équipe a testé la biobatterie sur 15 volontaires exerçant sur des vélos stationnaires. Comme précédemment, le dispositif a été incorporé dans un tatouage temporaire appliqué sur le bras.
Les différents volontaires ont fourni des quantités variables de puissance dans leurs biobatteries de tatouage. Curieusement, les volontaires les moins en forme semblaient produire le plus de pouvoir. Ceux qui ne font de l'exercice qu'une fois par semaine produisent plus de pouvoir que ceux qui font de l'exercice au moins trois fois par semaine.
Une explication possible est que les personnes moins en forme deviennent plus rapidement fatiguées, ce qui provoque une respiration anaérobie produisant du lactate plus tôt.
Les volontaires moins en forme produisaient environ 70 ?W par cm2 de peau. Le Dr Jia dit que ce n'est pas une grande quantité de courant, mais ils travaillent sur la façon de l'améliorer pour qu'il puisse éventuellement être suffisant pour alimenter de petits appareils électroniques:
"En ce moment, nous pouvons obtenir un maximum de 70 ?W par cm2, mais nos électrodes ne mesurent que 2 x 3 millimètres et génèrent environ 4 ?W - un peu petit pour générer suffisamment de puissance pour faire fonctionner une montre, par exemple. moins 10 ?W. "
Elle dit qu'ils doivent également trouver un moyen de stocker le courant généré.
La National Science Foundation et l'Office of Naval Research financent les travaux.
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