Na última década, os dispositivos eletrônicos vestíveis — especialmente aqueles com aplicações na área da saúde — se tornaram cada vez mais populares, mas os pesquisadores ainda estão descobrindo a melhor maneira de alimentá-los. Baterias tradicionais são atualmente a resposta mais popular, mas elas geralmente são muito rígidas e não duram muito com uso contínuo. Técnicas de transferência de energia sem fio oferecem outra solução, mas esses sistemas têm alcance limitado e não são portáteis.
O professor da Universidade de Binghamton, Seokheun "Sean" Choi, o professor assistente Anwar Elhadad, Ph.D. '24, e o aluno de doutorado Yang "Lexi" Gao desenvolveram um novo método para extrair umidade do ar e transformar essa água em eletricidade. Em um artigo publicado recentemente no periódico Small, a equipe de Binghamton descreveu seu dispositivo vestível feito de papel que forneceria saída de energia sustentada de alta eficiência por meio da captura de umidade.
Umidade como Fonte de Energia
"A eletrônica vestível usará técnicas de coleta de energia no futuro, mas agora, as técnicas são muito irregulares no tempo, aleatórias na localização e ineficientemente convertidas", disse Choi. "A razão pela qual eu estava interessado neste tópico é que a umidade em nosso ar é onipresente, e percebi que a coleta de energia da umidade é muito fácil."
Adaptando o conhecimento que o Laboratório de Bioeletrônica e Microssistemas de Choi adquiriu sobre biobaterias nos últimos 15 anos, o gerador usa esporos bacterianos como o "grupo funcional" que decompõe as moléculas de água em íons positivos e negativos. Os capilares do papel absorvem os esporos, o que cria um gradiente com mais íons positivos na parte superior do que na parte inferior, e esse desequilíbrio leva a uma carga elétrica.
A absorção de umidade é melhorada pela adição de uma camada de papel Janus que é hidrofóbica de um lado e hidrofílica do outro, atraindo moléculas de água e mantendo-as dentro do dispositivo até serem processadas.
Papertronics e Sustentabilidade
A pesquisa continua a busca de Choi pela papertronics — fabricação de dispositivos inteiramente de papel que sejam flexíveis, vestíveis, escaláveis e descartáveis de uma forma que não prejudique o meio ambiente. Ele vê o gerador elétrico úmido como revolucionário para sensores de baixa potência, administração de medicamentos ou estimulação elétrica.
"Não quero usar algo o dia todo por quatro meses", ele disse. "Quero usar por um curto período e depois jogar fora — então, nesse sentido, o papel é o melhor."
Melhorias Futuras
Melhorias e refinamentos potenciais incluem aumento da produção de energia, desenvolvimento de um método para armazenamento de energia e integração com outras técnicas de coleta de energia. Choi também espera reduzir o dispositivo para a mesma escala dos sistemas microeletromecânicos (MEMS).
"O tamanho de um dispositivo é muito grande para mim. Eu sou um cara de MEMS!", ele disse com uma risada. "Ao diminuir cada unidade individual e conectar mais células dentro de uma pegada pequena, podemos melhorar significativamente a densidade de energia. Além disso, como estamos usando papel, podemos tentar muitas outras ideias, incluindo técnicas de origami."
Enquanto outros pesquisadores estão desenvolvendo dispositivos vestíveis de longo prazo, o instinto de Choi é ir na direção oposta, concentrando-se em dispositivos descartáveis que não entupem os aterros sanitários com lixo eletrônico. Sua equipe continua a explorar maneiras de tornar a eletrônica vestível mais sustentável e acessível para o futuro.
