Technologie de capteur bio-alimentée et auto-alimentée qui peut analyser avec précision la posture d’exercice

Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Kim Hoe-joon du Département de génie robotique et mécatronique et le professeur Hong Seon-ki du Département de physique et de chimie a développé une technologie de récupération d’énergie piézoélectrique à haut rendement utilisant des matériaux pérovskites biocompatibles.

Le travail est publié dans la revue Nano énergie.

La technologie de récupération d’énergie piézoélectrique, qui convertit les sources d’énergie physiques, telles que les mouvements du corps, en énergie électrique, est considérée comme une source d’énergie de nouvelle génération en raison de son efficacité énergétique élevée et de la disponibilité de divers matériaux. Cependant, la plupart des matériaux piézoélectriques existants contiennent du plomb, qui est nocif pour le corps humain. Pour cela, la technologie de récupération d’énergie piézoélectrique a été utilisée comme source d’alimentation pour de petits appareils électroniques, mais il y avait des problèmes de sécurité et de santé.

Pour briser les limites de ces technologies et matériaux existants, l’équipe de recherche a synthétisé des matériaux CTO dotés d’excellentes propriétés piézoélectriques parmi les matériaux biocompatibles applicables au corps humain et a analysé ses caractéristiques électriques, physiques et thermiques détaillées. De plus, l’équipe a réussi à développer un matériau composite flexible et résistant aux chocs extérieurs en le mélangeant avec du PVDF, qui est un polymère piézoélectrique.

Un test de viabilité cellulaire a été effectué pour vérifier les propriétés biocompatibles. En conséquence, le matériau composite développé a montré un taux de survie et une fertilité cellulaire élevés, indiquant qu’il n’y aura aucun problème même lorsqu’il est appliqué sur le corps humain.

Le dispositif de génération d’énergie piézoélectrique nouvellement développé a atteint une tension maximale de 20 V et un courant de 250 nA, lui permettant d’être utilisé comme source d’alimentation pour de petits appareils électroniques tels que des calculatrices électroniques et des montres-bracelets. De plus, on s’attend à ce qu’il puisse être utilisé dans une large gamme d’applications en vérifiant la possibilité de l’utiliser dans un capteur de vibrations auto-alimenté qui récupère l’énergie cinétique générée à partir de la vibration d’un objet.

Comme le matériau appliqué dans cette étude est adapté au corps humain, il peut récolter de l’énergie en temps réel à partir de la marche et des mouvements du corps tout en étant attaché à une partie du corps. En particulier, il a également suggéré la possibilité de l’utiliser comme un capteur auto-alimenté qui évalue la capacité d’exercice de l’utilisateur et la posture de la corde à sauter en attachant un capteur à la plante du pied et en effectuant un simple exercice de corde à sauter.

Les mesures prises à l’aide d’une technique d’analyse de réseau neuronal artificiel (ANN) pour un diagnostic efficace de la posture d’exercice ont montré qu’il était possible de déterminer si la posture d’exercice était bonne ou mauvaise avec un taux de réussite élevé de 99,63 %.

Le professeur Kim Hoe-joon du Département de robotique et d’ingénierie mécatronique a déclaré : « Nous avons prouvé que même les matériaux bio-compatibles ont d’excellentes propriétés piézoélectriques, et il y a une grande importance à cela car nous pouvons surmonter les limites des matériaux existants. Il a ajouté : “Nous allons contester le développement de sources d’énergie respectueuses de l’environnement de nouvelle génération sur la base de ce résultat et poursuivre la recherche sur des systèmes de capteurs auto-alimentés qui ne nécessitent pas d’alimentation externe”.

Fourni par Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)