Rétention de chaleur améliorée pour moniteur de santé poignet auto-alimenté

Des ingénieurs de l'Université d'État de Caroline du Nord continuent d'améliorer l'efficacité d'un dispositif flexible porté au poignet qui récupère l'énergie thermique du corps humain pour surveiller la santé.

Les chercheurs rapportent des améliorations significatives dans la prévention des fuites de chaleur dans le récupérateur de chaleur corporelle flexible qu'ils ont rapporté pour la première fois en 2017 et mis à jour en 2020. Les récupérateurs utilisent l'énergie thermique du corps humain pour alimenter les technologies portables — pensez aux montres intelligentes qui mesurent votre fréquence cardiaque, oxygène sanguin, glucose et autres paramètres de santé — qui n'ont jamais besoin de recharger leurs batteries. La technologie repose sur les mêmes principes qui régissent les récupérateurs thermoélectriques rigides qui convertissent la chaleur en énergie électrique.

Les récupérateurs flexibles qui s'adaptent au corps humain sont hautement souhaitables pour l'utilisation avec les technologies portables. Mehmet Ozturk, professeur de génie électrique et informatique à NC State, a mentionné le contact cutané supérieur avec les dispositifs flexibles, ainsi que les considérations ergonomiques et de confort pour le porteur, comme les raisons fondamentales derrière la construction de générateurs thermoélectriques flexibles, ou TEG.

La performance et l'efficacité des récupérateurs flexibles ont cependant historiquement traîné bien derrière les dispositifs rigides, qui ont été supérieurs dans leur capacité à convertir la chaleur corporelle en énergie utilisable.

Le TEG preuve de concept rapporté à l'origine en 2017 utilisait des éléments semi-conducteurs connectés électriquement en série à l'aide d'interconnexions en métal liquide faites d'EGaIn — un alliage non toxique de gallium et d'indium. L'EGaIn fournissait à la fois une conductivité électrique de type métallique et de l'extensibilité. L'ensemble du dispositif était incorporé dans un élastomère de silicone extensible.

Le dispositif amélioré rapporté en 2020 utilisait la même architecture mais améliorait significativement l'ingénierie thermique de la version précédente, tout en augmentant la densité des éléments semi-conducteurs responsables de la conversion de la chaleur en électricité. L'une des améliorations était un élastomère de silicone à haute conductivité thermique — essentiellement un type de caoutchouc — qui encapsulait les interconnexions EGaIn.

La dernière itération ajoute des flocons d'aérogel à l'élastomère de silicone pour réduire la conductivité thermique de l'élastomère. Les résultats expérimentaux ont montré que cette innovation réduisait la fuite de chaleur à travers l'élastomère de moitié.

« L'ajout d'aérogel empêche la chaleur de fuir entre les « jambes » thermoélectriques du dispositif », a dit Ozturk. « Plus la fuite de chaleur est élevée, plus la température qui se développe à travers le dispositif est basse, ce qui se traduit par une puissance de sortie plus faible. »

« Le dispositif flexible rapporté dans cet article performe d'un ordre de grandeur mieux que le dispositif que nous avons rapporté en 2017 et continue d'approcher la performance des dispositifs rigides », a-t-il ajouté.

Ozturk a dit que l'une des forces de la technologie brevetée par NC State est qu'elle utilise les mêmes éléments semi-conducteurs utilisés dans les dispositifs rigides perfectionnés après des décennies de recherche. L'approche offre aussi une opportunité à faible coût pour les fabricants existants de modules thermoélectriques rigides d'entrer sur le marché des thermoélectriques flexibles.

Il a ajouté que son laboratoire continuera de se concentrer sur l'amélioration de l'efficacité de ces dispositifs flexibles.