Ученые продолжают делать успехи в области электроники, которая может безопасно контролировать и лечить наше здоровье изнутри тела. К сожалению, питание этих миниатюрных медицинских устройств всегда проблематично.
Теперь есть новый тип перезаряжаемой батареи, которая может помочь в этом отношении. Изготовленная из полностью съедобных веществ, она может безопасно растворяться в желудке, как только сделает все, что от неё требуется.
Прототип устройства, описанный в новой научной статье, опубликованной в Advanced Materials, работает при безвредном напряжении 0,65 вольт и обеспечивает ток 48 микроампер в течение 12 минут — в диапазоне, необходимом для питания крошечной электроники.
«В будущем потенциальные области применения варьируются от пищевых цепей и датчиков, которые могут отслеживать состояние здоровья, до питания датчиков для контроля условий хранения пищевых продуктов, — говорит старший автор Марио Кайрони, исследователь молекулярной электроники в Итальянском технологическом институте. — Более того, учитывая уровень безопасности этих батареек, их можно было бы использовать в детских игрушках, где высок риск проглатывания».
Созданная из разнообразного списка ингредиентов, это первая функциональная перезаряжаемая батарея, которую можно подавать в качестве перекуса. Её компоненты включают витамин рибофлавин для анода батареи (его «отрицательный» конец) и добавку кверцетин в качестве катода («положительный» конец). Электролит (генерирующий электрический заряд) изготовлен из раствора на водной основе, а сепаратор (предотвращающий короткое замыкание) — из водорослей нори, которые можно найти в суши-ресторанах.
Активированный уголь, часто используемый для лечения отравлений, добавляется для увеличения электропроводности, а внешние контакты, передающие электричество на другое устройство, изготовлены из пчелиного воска, соединенного с пищевым декоративным золотом.
Хорошо, никто не сказал, что это еда, достойная звезды Мишлен. Но то, чего ей не хватает вкусности, она компенсирует потенциалом.
Батарея сохраняет свой заряд в течение десятков циклов, хотя для перезарядки она должна находиться вне тела. Созданный здесь прототип имеет размер около квадратного сантиметра (0,155 квадратных дюйма), но команда уже работает над его уменьшением.
«На самом деле мы уже разрабатываем устройства с большей емкостью и меньшими габаритами, — говорит Кайрони. — Эти разработки будут опробованы в будущем и для питания съедобных мягких роботов».
Если в вас когда-либо втыкали камеру или другое устройство, вы знаете, что эти сканирования — хотя они чрезвычайно важны для выявления заболеваний — не самые удобные. Это одна из областей, где эта съедобная батарея может помочь.
Другой подход связан с мониторингом качества продуктов питания: устройства можно использовать для проверки того, что продукты питания безопасны и соответствуют требуемым стандартам, пока они находятся в кишечнике, до того, как устройство мониторинга переварится вместе с пищей.
До всего этого еще далеко, но исследователи прототипа надеются, что их работа приведёт к дальнейшим разработкам в этой области, например, к более крупным батареям, используемым для хранения энергии и в электромобилях.
«Хотя наши съедобные батареи не будут питать электромобили, они являются доказательством того, что батареи могут быть изготовлены из более безопасных материалов, чем нынешние литий-ионные батареи, — говорит один из соавторов научной статьи, Иван Илич, специалист по устойчивому хранению энергии из Итальянского института технологии. — Мы считаем, что они вдохновят других учёных на создание более безопасных батарей для действительно устойчивого будущего».