當前，可穿戴和可植入設備用于多種功能，包括健康跟蹤和監(jiān)視。但是，由于充電，提供能量通常需要笨重的電池和停機時間�，F(xiàn)在，一個國際研究團隊建議，材料和電子設計的進步可能將生物機械能轉(zhuǎn)化為電能，為可穿戴和植入但不需要持續(xù)充電的設備鋪平道路。工程科學與力學系的Quiggle職業(yè)發(fā)展教授，計算和數(shù)據(jù)科學研究所的附屬機構(gòu)。

“在本次特別綜述中，我們正在尋找可能的能源供應，而無需電池和其他組件，因此，特別需要創(chuàng)建用于自供電設備或也可以用于給電池充電的能量收集器”，鄭說。

Cheng說，研究小組從兩個角度審查了該領域：創(chuàng)建可以收集能量的設備，以及開發(fā)可以自我供電的傳感器。他說，能量收集器可以產(chǎn)生能量來為其他設備供電，而自供電傳感器可以提供自己的能量來充當獨立設備。程補充說，在某些情況下，為傳感器產(chǎn)生能量的運動也可能是傳感器試圖收集的數(shù)據(jù)。

“它可以直接用作傳感器，因為它可以收集能量，因此它可以提供監(jiān)視運動的能力（例如心跳）或傳感器所應用的任何東西，然后可以從環(huán)境中傳輸該信息，或者從身體上進行分析，”程說。

研究人員說，這些傳感器可能導致更精確的醫(yī)療保健和遠程醫(yī)療機會，他們在當前在線的《生物傳感器和生物電子學》的一篇評論文章中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

研究人員說，可伸展的壓電材料是可以積累電荷的固體物質(zhì)，對這種發(fā)展至關重要。由于人體組織柔軟并且不斷變化的形狀，因此材料需要能夠隨著這些組織的彎曲和移動而彎曲和伸展。

“這些設備可能包括皮膚表面的可穿戴設備，” Cheng說�！皩τ谶@些類型的設備，我們可以從皮膚表面捕獲信息，包括血流，心跳，呼吸頻率以及產(chǎn)生振動的類似運動�！�

使用新材料，運動肌肉的彎曲運動通常會阻礙經(jīng)常使用的剛性可穿戴設備，實際上可以幫助產(chǎn)生能量，這些能量隨后將被這些生物傳感器捕獲并用作動力。

然而，據(jù)研究人員稱，生物傳感器可能不僅會降級到皮膚表面，而且有一天可能會植入體內(nèi)。Cheng表示，近十年來材料設計和開發(fā)的進步已幫助研究人員開發(fā)出足夠柔軟，堅固耐用的壓電材料，使其能夠承受人體內(nèi)部環(huán)境，但又如此靈敏和高效，以至于它們可以捕捉和轉(zhuǎn)換非常細微的東西。運動，例如心跳和呼吸。

程說：“這對于這些設備來說是令人驚訝的事情，人們認為這些運動類型非常小，并且不考慮收集這種能量�！� “是在過去的一兩個十年中，人們開始看到有可能通過高效電路從這些運動中產(chǎn)生相當大的信號，并且還使用了高效整流電路，如果它會消耗大量的能量，設計不正確。”

該團隊還著眼于創(chuàng)建可以執(zhí)行雙重任務的傳感器-它們可以從其設計要監(jiān)控的身體過程中收集能量。例如，傳感器可以從心跳中獲取能量，還可以將心臟信息傳遞給正在監(jiān)視患者心血管狀況的醫(yī)生。

由于需要計算資源來創(chuàng)建用于實現(xiàn)這些高性能設備的準確模型，因此，Cheng期望將來的工作需要先進的計算系統(tǒng)，例如ICDS-ACI提供的系統(tǒng)。

賓夕法尼亞州立大學機械工程技術(shù)工程副教授廖亞斌補充說，分析過去設計可伸縮能量收集器和自供電傳感器的方法可以幫助研究人員應對當前的設計挑戰(zhàn)。

“精確的模型為系統(tǒng)行為的分析和數(shù)值分析提供了有用的平臺，并允許對系統(tǒng)參數(shù)進行設計優(yōu)化�！� “我們總結(jié)了柔性壓電傳感器和能量收集器的工作原理和代表性模型，并討論了它們與常規(guī)設備相比的獨特特性。我們還提供了有關這些模型與常規(guī)模型之間聯(lián)系的重要觀點，從而使他們對它們的行為有了更深入的了解在系統(tǒng)級別�！�