Bioingenieros desarrollan una nueva clase de bioelectrónica humana de efecto magnetoelástico gigante

Generador magnetoelástico impermeable, estirable y autoalimentado diseñado por UCLA para bioelectrónica. Crédito: Jun Chen / UCLA

Un equipo de bioingenieros de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA ha inventado un nuevo dispositivo bioelectrónico autoamplificado, suave y flexible. La tecnología convierte los movimientos del cuerpo humano, desde doblar un codo hasta movimientos sutiles como un pulso en la muñeca, en electricidad que podría usarse para alimentar sensores de diagnóstico implantables y portátiles.

Los investigadores descubrieron que el efecto magnetoelástico, que es el cambio de cuánto se magnetiza un material cuando pequeños imanes se juntan y separan constantemente por la presión mecánica, puede existir en un sistema suave y flexible, no solo en uno rígido. Para probar su concepto, el equipo utilizó imanes microscópicos dispersos en una matriz de silicona fina como el papel para generar un campo magnético que cambia de fuerza a medida que la matriz se ondula. A medida que cambia la fuerza del campo magnético, se genera electricidad.

Materiales de la naturaleza publicó hoy (30 de septiembre de 2021) un estudio de investigación que detalla el descubrimiento, el modelo teórico detrás del avance y la demostración. La investigación también se destaca por Naturaleza.

“Nuestro hallazgo abre una nueva vía para la energía práctica, tecnologías de detección y terapéuticas que están centradas en el cuerpo humano y pueden conectarse al Internet de las cosas”, dijo el líder del estudio Jun Chen, profesor asistente de bioingeniería en UCLA Samueli. “Lo que hace que esta tecnología sea única es que permite a las personas estirarse y moverse con comodidad cuando el dispositivo se presiona contra la piel humana, y debido a que se basa en el magnetismo en lugar de la electricidad, la humedad y nuestro propio sudor no comprometen su eficacia”.

Chen y su equipo construyeron un generador magnetoelástico pequeño y flexible (aproximadamente del tamaño de un cuarto de dólar estadounidense) hecho de una matriz de polímero de silicona catalizada por platino y nanoimanes de neodimio-hierro-boro. Luego lo colocaron en el codo de un sujeto con una banda de silicona suave y elástica. El efecto magnetoelástico que observaron fue cuatro veces mayor que las configuraciones de tamaño similar con aleaciones metálicas rígidas. Como resultado, el dispositivo generó corrientes eléctricas de 4,27 miliamperios por centímetro cuadrado, que es 10.000 veces mejor que la siguiente mejor tecnología comparable.

De hecho, el generador magnetoelástico flexible es tan sensible que podría convertir las ondas de pulso humanas en señales eléctricas y actuar como un monitor de frecuencia cardíaca impermeable y autoalimentado. La electricidad generada también se puede utilizar para alimentar de forma sostenible otros dispositivos portátiles, como un sensor de sudor o un termómetro.

Ha habido esfuerzos continuos para fabricar generadores portátiles que recolectan energía de los movimientos del cuerpo humano para alimentar sensores y otros dispositivos, pero la falta de practicidad ha obstaculizado dicho progreso. Por ejemplo, las aleaciones metálicas rígidas con efecto magnetoelástico no se doblan lo suficiente para comprimir contra la piel y generar niveles significativos de potencia para aplicaciones viables.

Otros dispositivos que dependen de la electricidad estática tienden a no generar suficiente energía. Su rendimiento también puede verse afectado en condiciones de humedad o cuando hay sudor en la piel. Algunos han intentado encapsular estos dispositivos para evitar que entre el agua, pero eso reduce su eficacia. Sin embargo, los novedosos generadores magnetoelásticos portátiles del equipo de UCLA dieron buenos resultados incluso después de estar empapados en sudor artificial durante una semana.

Referencia: “Efecto magnetoelástico gigante en sistemas blandos para bioelectrónica” 30 de septiembre de 2021, Materiales de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41563-021-01093-1

El investigador postdoctoral de UCLA Samueli, Yihao Zhou, y el estudiante de posgrado Xun Zhao son los primeros coautores del estudio. Ambos son asesorados por Chen, quien dirige el Wearable Bioelectronics Group de UCLA y es parte de la UCLA Society of Hellman Fellows. Otros autores son los estudiantes graduados de UCLA Jing Xu y Guorui Chen, los eruditos postdoctorales Yunsheng Fang y Yang Song, así como Song Li, profesor y presidente del Departamento de Bioingeniería.

El Grupo de Desarrollo Tecnológico de UCLA ha presentado una patente sobre la tecnología.


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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