Los investigadores han demostrado nuevas tecnologías portátiles que generan electricidad a partir del movimiento humano y mejoran la comodidad de la tecnología para las personas que la usan. Esto se logra mediante una comprensión superior de los materiales que aumentan la comodidad en los textiles y generan electricidad cuando se frotan contra otra superficie.
Lo que está en juego son moléculas llamadas anfífilos, que a menudo se utilizan en productos de consumo para reducir la fricción contra la piel humana. Por ejemplo, a menudo se añaden anfífilos a los pañales para evitar irritaciones.
“Nos propusimos desarrollar un modelo que nos brindara una comprensión fundamental detallada de cómo los diferentes anfífilos interactúan con diferentes materiales”, dice Lilian Hsiao, autora correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesora asociada de ingeniería química y biomolecular. fricción superficial.” en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “El modelo nos ayuda a comprender la base molecular para la reducción de la fricción y los ingenieros pueden utilizarlo para adaptar las propiedades del material para diversas aplicaciones”.
“Luego comenzamos una serie de experimentos para explorar si podíamos usar anfífilos para modificar materiales e incorporarlos en recolectores de energía háptica”, dijo Saad Khan, coautor correspondiente y profesor de Ingeniería Química y Biomolecular de INVISTA en NC State. “Específicamente, queríamos saber si podíamos generar energía a partir de la fricción en el material modificado por anfífilos. Esto demostró que no sólo podíamos generar electricidad, sino que podíamos hacerlo y también reducir la fricción que experimentan las personas que usan estos materiales”.
En otras palabras, los investigadores descubrieron que podían utilizar anfífilos para crear telas portátiles con superficies resbaladizas que se sienten bien contra la piel humana.
Los investigadores también descubrieron que algunos anfífilos tienen propiedades electrónicas que les permiten “donar” electrones. Y cuando los investigadores incorporaron estos anfífilos donadores de electrones en materiales portátiles, el resultado final fue un material cómodo y capaz de generar electricidad a través de la fricción creada al frotar contra la piel humana u otros materiales.
“La tecnología de recolección de energía estática está bien establecida, pero todavía faltan dispositivos que puedan usarse durante largos períodos de tiempo”. dice Hsiao. “En nuestras pruebas de concepto, descubrimos que estos materiales anfífilos no sólo se sienten bien en la piel, sino que también pueden generar hasta 300 voltios, lo cual es extraordinario para un trozo de material tan pequeño”.
“Un equilibrio óptimo entre la generación de fuerza y la fricción necesaria para mantener la comodidad del usuario es primordial en el diseño de tecnologías hápticas, y la química anfifílica ofrece una manera sencilla de hacerlo”, dice Khan. “Estamos interesados en hacer más para utilizar estos materiales, como explorar cómo se pueden incorporar a dispositivos hápticos existentes. Y estamos trabajando con socios de la industria para identificar nuevas aplicaciones. Listo para trabajar.
El artículo, “Comprimir anfifilos ensamblados en superficie resbaladiza para recolectores de energía hápticos sintonizables”, se publicará el 15 de septiembre en la revista Avances en la ciencia. La primera autora del artículo es Palla Jani, Ph.D. Graduados del estado de Carolina del Norte. El artículo fue escrito en coautoría por otro doctor, Kaushal Yadav. estudiante de NC State, Marine Dercalostein y Charles Dhong de la Universidad de Delaware, y Hilmar Koerner, quien dirige el Programa de compuestos de matriz polimérica en el Laboratorio de investigación de la Fuerza Aérea.
Este trabajo se llevó a cabo en el marco del proyecto 18-224SB en colaboración con el Nonwovens Institute. bajo el Premio CAREER de la Fundación Nacional de Ciencias No. 2042635; AFRL en el marco del Programa de becas para profesores de verano; Beca de investigación Sloan con la subvención n.º FG-2022-18336; la Fundación Dreyfus, bajo la Subvención No. TC-22-038; bajo la subvención R01EY032584-02 de los Institutos Nacionales de Salud; y bajo la subvención 5R01EY032584-03 del Instituto Nacional del Ojo.
