Ce T-shirt alimentera-t-il un jour votre téléphone portable ? Des chercheurs le pensent

Appelez-le le T-shirt électrique. Ou, comme les chercheurs de l’Université de Californie à San Diego l’ont baptisé, le « micro-réseau portable ».

Quel que soit son surnom, la chemise à manches longues conçue par les cerveaux de la Jacobs School of Engineering peut récolter et stocker de l’énergie pendant que la personne qui la porte se déplace ou fait de l’exercice. Les nano-ingénieurs de l’école prévoient qu’un jour, le prototype sera perfectionné au point que les appareils électroniques tels que les téléphones portables n’auront plus besoin d’être alimentés par le réseau électrique, mais pourront fonctionner sur les vêtements que les gens portent tous les jours.

Et, peut-être, générer de l’énergie qui se trouve littéralement au bout de nos doigts.

« Ce que nous voulons réaliser en fin de compte, c’est un système où vous n’avez plus besoin de penser à la recharge », a déclaré Lu Yin, un étudiant en doctorat de nano-ingénierie qui a travaillé en étroite collaboration avec Joseph Wang, directeur du Center for Wearable Sensors de l’UC San Diego.

La chemise collecte, ou récolte, l’énergie du corps humain qui peut être stockée et ensuite utilisée pour alimenter de petits appareils électroniques, tels qu’une montre-bracelet LCD.

Des cellules biocombustibles alimentées par la sueur produite par le porteur sont situées à l’intérieur de la chemise, au niveau de la poitrine. Sur les avant-bras et le torse de la chemise, des générateurs triboélectriques récoltent l’énergie lorsque l’utilisateur marche ou fait son jogging. Dans le même temps, des supercondensateurs placés sur la poitrine de la chemise stockent temporairement l’énergie, puis la déchargent pour alimenter des appareils.

On pourrait croire que le prototype serait encombrant et difficile à porter, mais il est léger, flexible et ne craint pas d’être plié, plié ou froissé. La chemise peut être lavée à l’eau, à condition de ne pas utiliser de détergent.

L’énergie générée par le balancement des bras de l’utilisateur lorsqu’il court ou marche fonctionne sur le même principe que l’électricité statique.

« C’est très économe en énergie et très adapté à ces applications à faible énergie et à faible puissance », a déclaré M. Yin, ajoutant que la conception de la chemise est unique en termes de fonctionnalités.

L’idée de la chemise a été inspirée par les micro-réseaux qui ont la capacité de fonctionner indépendamment du réseau électrique.

Les appareils électroniques portables et portables, tels que les smartwatches, sont de plus en plus populaires. L’adoption quasi universelle d’ordinateurs personnels, d’iPhones et d’autres appareils s’accompagne d’un effort concerté pour trouver des sources d’énergie alternatives pour les faire fonctionner.

La technologie auto-alimentée envisage des appareils qui peuvent fonctionner de manière autonome, sans dépendre d’une source d’énergie externe. Une telle transition permettrait de réduire le nombre incalculable de batteries qui alimentent actuellement nos gadgets, sans parler de l’impact qu’aurait une telle adaptation sur la réduction potentielle de la demande d’énergie sur un système électrique de plus en plus tendu.

« Je pense que le problème (de la recherche et du développement) réside principalement dans la façon de perfectionner la partie récolte d’énergie », a déclaré M. Yin. « Nous avons démontré que la récolte d’énergie pouvait atteindre quelques centaines de microwatts. Nous voulons que cela soit augmenté, peut-être décuplé, et nous y arrivons. »

La clé sera la mise à l’échelle de la technologie. La chemise de l’UC San Diego n’est pas encore assez puissante pour faire fonctionner, par exemple, un téléphone portable.

Mais Yin voit la chemise comme un moyen de fournir une « détection intelligente » pour surveiller des choses telles que le rythme cardiaque et les niveaux d’oxygène du porteur. « Nous travaillons également sur la surveillance de la pression artérielle », a-t-il déclaré.

Des entreprises privées du secteur des vêtements actifs ont exprimé leur intérêt pour les recherches de l’UC San Diego. Yin voit une autre application pratique pour le maillot : générer de la luminescence pour les joggeurs qui courent la nuit.

« Nous sommes très optimistes quant à l’ensemble de la tendance de l’électronique portable, en particulier l’intégration de ces dispositifs de stockage d’énergie avec les collecteurs d’énergie », a déclaré Yin. « Nous voyons une feuille de route pour le développement futur ».

Dans le cadre de recherches connexes, les ingénieurs de l’UC San Diego ont mis au point une bande mince et flexible qui peut être enroulée autour du bout du doigt comme un pansement. Ce dispositif portable peut générer de petites quantités d’électricité lorsque le doigt d’une personne transpire ou lorsqu’on appuie dessus.

Présenté comme le premier de son genre, le dispositif mesure environ 1 centimètre carré, soit moins d’un demi-pouce. Un rembourrage d’électrodes en mousse de carbone absorbe la sueur et la convertit en énergie électrique.

Vous ne penseriez pas que votre doigt transpire beaucoup, mais « ce que nous avons découvert, c’est que sur le bout du doigt, le taux de transpiration est beaucoup plus élevé par rapport aux autres parties du corps », a déclaré Yin. « C’est pourquoi nous avons tant de rainures sur le doigt, car il contient des centaines de glandes sudoripares le long de chaque rainure ».

Des électrodes équipées d’enzymes déclenchent des réactions chimiques entre les molécules de lactate et d’oxygène dans la sueur pour générer de l’électricité. Lorsque le porteur transpire sur la bande, l’énergie électrique est stockée dans un petit condensateur et peut être déchargée vers des appareils en cas de besoin.

« Le niveau de puissance que nous générons est, dans le meilleur des cas, peut-être des centaines de microwatts par doigt », a déclaré Yin. « C’est encore loin d’alimenter un téléphone portable ».

Les chercheurs de l’UC San Diego ont demandé à un sujet de porter le dispositif sur le bout d’un doigt tout en effectuant des activités sédentaires. Après 10 heures de sommeil, le dispositif a recueilli près de 400 millijoules d’énergie, soit suffisamment pour alimenter une montre électronique pendant 24 heures. En une heure de frappe et de clics sur une souris, le dispositif a recueilli près de 30 millijoules.

Bien que le dispositif du bout du doigt et le « T-shirt électrique » représentent deux études différentes, les nano-ingénieurs de l’UC San Diego considèrent leurs recherches sur les « wearables » comme un effort intégré.

« Nous nous dirigeons définitivement vers la prochaine génération d’électronique », a déclaré Yin. « Nous l’envisageons plus flexible, plus conforme au corps humain, plus durable et finalement autosuffisante. C’est l’objectif final que nous voulons atteindre. »

©2022 The San Diego Union-Tribune.
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