Lichaam ingezet als elektriciteitsgenerator

Drie onderzoekers van verschillende Singaporese instituten hebben een energiegenerator ontwikkeld die gebruikmaakt van lichaamswarmte. De geringe energie die opgewekt wordt, kan onder meer gebruikt worden voor implantaten.

Voor het opwekken van elektriciteit gebruiken de drie Singaporezen een kleine mems-generator van 1 bij 1 centimeter. Op de chip zijn 30.000 thermokoppels aangebracht die spanning opwekken wanneer een temperatuurverschil tussen twee elektrodes bestaat. Het menselijk lichaam kan voor dat temperatuurverschil zorgen, maar de thermo-elektrische elektriciteitsgenerators kunnen ook in andere omgevingen met een temperatuurgradiënt ingezet worden.

Wanneer een temperatuurverschil van vijf graden bestaat tussen de twee metalen van de thermokoppels, kan een spanning van 16,7 volt worden opgewekt. Het vermogen is met slechts 1,3 microwatt een stuk lager, maar de energie kan bijvoorbeeld met behulp van accu's verzameld worden. De opgewekte energie kan gebruikt worden om medische implantaten aan te drijven of sensors op het lichaam van spanning te voorzien. Bovendien zou restwarmte van geïmplanteerde elektronica gerecycled worden door de generators.

De onderzoekers, Jin Xie en Hanhua Feng van het Institute of Microelectronics, een overheidsonderzoeksinstituut, en Chengkuo Lee van de Nationale Universiteit van Singapore verbeterden bestaande thermo-elektrische generators. Zij bouwden onder meer vacuümkamers tussen de contactpunten van de twee metalen waaruit de thermokoppels zijn opgebouwd, zodat de temperatuurgradiënt groter wordt. Ook werden koelvinnen aan de koude kant van de generators aangebracht om warmte af te voeren en zo het temperatuurverschil in stand te houden. De kleine mems-generators zijn bovendien te produceren door gebruik te maken van bestaande cmos-productietechnieken, wat ook de integratie met andere elektronica vergemakkelijkt.

Reacties (72)

[flamingworm]

kan een spanning van 16,7 volt worden opgewekt. De stroom is een met slechts 1,3 microwatt een stuk lager

het is ofwel "het vermogen is een stuk lager met slecht 1.3µW"of "de stroom is een stuk lager met slecht 1.3µA" en geen combinatie van beide.

edit: uit de bron:

the device can generate a voltage of 16.7 volts and a power output of 1.3 microwatts.

Het zal met dit niet meteen lukken om je mp3 of gsm op te laden, maar voor implantaten idd een goede oplossing !

[Reactie gewijzigd door flamingworm op 24 juli 2024 03:20]

[Twinblade]

Ik betwijfel of dit de juiste oplossing is. Of men moet 1,3 microwatt implaten ontwikkelen. Als je dit namelijk opschaalt zullen de organen om de implaat kouder worden. Aangezien organen snel reageren op temperatuur is dat niet zeer handig. Het zou natuurljk op andere manieren op te lossen zijn. Maar ik denk dat de manier dat je glucose uit het bloedt gebruikt voor energie/elektriciteit veel beter en natuurlijker is.

[RoadRunner84]

omgerekend wordt een stroom van bijna 78nA geleverd, dat lijkt gruwelijk weinig, maar dan even twee overwegingen:
1) het gaat hier om 10x10mm oppervlak, een groter oppervlak zal meer vermogen en dus stroom leveren (bij parallel schakelen)
2) 78nA is genoeg om een microcontroller op te laten draaien!
Ik maak nu gebruik bij een project van een microcontroller die 100nA gebruikt in stand-by, en die ingesteld kan worden om automatisch 99% van de tijd stand-by te staan. Met twee van deze MEMS zou ik dus deze microcontroller kunnen poweren, ga eens na dat het dan een peulenschilletje is om met zo'n MEMS een speciaal gebouwde controller te poweren.

[Fiander]

Wat dacht je voor het aansturen van een pacemaker ?
Die geeft pulsjes aan het hart. Met één of twee van deze dingen er in, zou er geen baterij nodig hoeven zijn zolang het ligaam warm is, en waneer dat niet meer zo is, is de pacemaker niet meer nodig.

[Xirt]

Ik vraag me dan wel af wat er zou gebeuren als je het koud krijgt (onderkoeling?). Dan geeft je pacemaker ook geen stroomschokjes meer en heb je er nog een probleem bij? Dus zal deze techniek eerst ingezet worden voor 'minder belangrijke' implantaten, om te kijken hoe het werkt in de praktijk.

[2playgames]

Batterijtje?

[grol4]

Dan hoop ik ook dat je romp nog even warm blijft. Onderkoeling gaat eerst armen en benen aantasten. Dan volgt je hoofd waarna je romp het echt wel even volhoud. Als dat ook afkoelt stopt je hart er normaal ook wel weer mee.

Had je maar niet met je dronken hoofd en een pacemaker in je bast het ijs op moeten gaan.

[Capacitor]

1,3 microWatt werd geleverd per termokoppel volgens mij. Dit resulteert al snel in enkele miliWatt per generator. Dat is al een hele verbetering waardoor er meer energieverbruikende 'apparaatjes' op aangesloten kunnen worden.

[The_Double]

wat ik niet begrijp is hoe dit kan werken in een implantaat. Je moet een temperatuurverschil hebben, maar als hij in je lichaam zit is hij toch aan beiden kanten 37 graden?

[BeerenburgCola]

Misschien kan dit alleen bij mensen met koude voeten. Een node bij je tenen de andere in het lichaam.

(edit:)Wat is het temperatuur verschil eigenlijk tussen je huid en het binnenste van je lichaam ?

[Reactie gewijzigd door BeerenburgCola op 24 juli 2024 03:20]

[Propheticus]

Hangt natuurlijk alles af van de omgevingstemperatuur. Bij een omgevingstemperatuur van 20 graden (zonder kleding) zit het zo rond de 28 graden. Temperatuurverschil tussen kern en huid is dan 37-28 = 9 graden.
Bron

[Reactie gewijzigd door Propheticus op 24 juli 2024 03:20]

[Amanoo]

En dat is nog simpel uitgedrukt. Zoals je op je bron kan zien is 37 ook niet wat in je hele lichaam gehandhaafd wordt. Pas bij flinke lichaamsbeweging wordt je hele lichaam (minus de huid) 37 graden.

[brinkdinges]

Beide nodes zitten bij thermokoppels als ik het goed heb zeer dicht bij elkaar, en in dit geval in de behuizing. Het temperatuurverschil tussen je koude tenen en de lichaamstemperatuur is dan niet te gebruiken

[Propheticus]

Leuke ontwikkeling, maar een vermogen van iets meer dan een microwatt zet natuurlijk geen zoden aan de dijk. Misschien gewoon een implantaat inbouwen welke door middel van inductiespanning (denk OV-chipkaart) een accu oplaadt? Hoef je als pacemakerpatient/cyborg met sensoren enkel eens in de zoveel tijd bijvoorbeeld je arm op een inductieplaat te leggen. Beetje dit idee. Kan je zelfs in je bureau inbouwen op de plek waar je je 'muisarm' altijd neerlegt....ik verzin zo maar iets.

[Reactie gewijzigd door Propheticus op 24 juli 2024 03:20]

[Anoniem: 55933]

Ja en als er even een week geen inductieplaat in de buurt is val je dood neer met je pacemaker.
Ik denk dat als dit wordt geoptimaliseerd en het verbruik van implantaten laag wordt gehouden dit een goede ontwikkeling is.

[RocketKoen]

implantaten gebruiken nu een batterij.
Nadeel is dat je dan bvb elke 5 jaar een operatie moet, om de batterij te vervangen.

Voeg dit chipje toe icm een oplaadbare batterij, en een implantaat kan een mensenleven lang meegaan.

[Anoniem: 55933]

Dat zeg ik.

[Propheticus]

Binnen 5 jaar een inductieplaat opzoeken lijkt me niet zo'n probleem.

[gnimmeL_kraD]

Die zou je natuurlijk ook gewoon kunnen inbouwen in je bed,bank of waar dan ook. Dan ben je altijd geladen

[Amanoo]

Het gaat niet om allerlei fancy middelen om hologrammen vanuit je oogkassen te projecteren of om een potje Mass Effect te spelen lijkt me. Nu weet ik niet wat het vermogen is van een pacemaker, maar als je die erop kan zetten verdien je wat mij betreft een nobelprijs. Naar mijn weten zijn de belangrijkste apparaten/implantaten niet erg veeleisend of hongerig wat betreft energieverbruik.

[Reactie gewijzigd door Amanoo op 24 juli 2024 03:20]

[Herjan]

Volgens mij kunnen we dan nu een computer inbouwen in een lichaam: ik heb de laatste tijd een arm als touchscreen gezien, datatransport door het lichaam en nu dit. Alleen nog iets moois verzinnen als display, die beamer bij de "touch-arm" was wat groot...

Edit: ik weet dat het niet zo veel energie is, maar het is een begin

[Reactie gewijzigd door Herjan op 24 juli 2024 03:20]

[arjankoole]

Alleen nog iets moois verzinnen als display

Full-HD direct op je optische zenuwen? Geen extern device meer voor nodig gelijk. (stroomverbruik valt dan ook direct mee).

en ja, ik weet dat de toepasbaarheid daarvan op dit moment nog een fors aantal jaar ver weg is. (maar ook op dat gebied is er vooruitgang)

[Jeroenneman]

Waarom Full HD? Die resoluties kunnen nog VEEEEL hoger voordat je ze direct in de zenuwen wilt inpluggen denk ik.

[Kyokushin]

ik wil als toekomstig arts de dag wel meemaken dat ze erin slagen om twee zenuwen op elkaar aan te sluiten (of 1 die doorgesneden is te herstellen) om ervoor te zorgen dat de boel weer werkt. Gaan we daarna wel over beamers nadenken.

Ontopic: leuke ontwikkeling, bij medische implantaten denken jullie veel te simpel. Het gaat niet om een "robot arm" of wat dan ook maar over Pacemakers en DBS (deep brain stimulation). Daar is dit handig voor! Nu gaat een pacemaker niet veel langer dan 5-10 jaar mee, omdat de batterij daarna op is. Dit zou dat op zijn minst verlengen, en dan zet elk miliwatje al een zode aan de dijk.

[proatjeboksem]

die 5 tot 10 jaar is niet helemaal toevallig zo gekozen: met dikkere / meer batterijen zou je die tijd ook kunnen verlengen.

Het is sowieso een goed idee om je patient na die periode weer te zien, als je al zo ver komt: nu valt het mee, maar vroeger gingen de batterijen langer mee dan de patienten.

edit: Ik bedoel natuurlijk binnen die periode: na de periode zijn de batterijen leeg en komt je patient niet meer

[Reactie gewijzigd door proatjeboksem op 24 juli 2024 03:20]

[arjankoole]

ik wil als toekomstig arts de dag wel meemaken dat ze erin slagen om twee zenuwen op elkaar aan te sluiten (of 1 die doorgesneden is te herstellen)

Dan verwijs ik je even naar het onderzoek van een Amerikaans arts in Portugal, die doormiddel van stamcel injectie ( verzameld uit de neus van de patient ) al gevallen heeft bereikt van 40% herstel bij dwarslesie patienten.

[arjankoole]

Waarom Full HD? Die resoluties kunnen nog VEEEEL hoger voordat je ze direct in de zenuwen wilt inpluggen denk ik.

Omdat dat een acceptable ondergrens is. Daarna kun je werken aan verbetering van de resolutie naar 'native'.

Op dit moment kunnen ze nog niet verder komen dan monochroom met een resolute van 32x32 (wat voor iemand die blind is, al een forse vooruitgang is)

[Graviton12]

Er zijn wel degelijk temperatuursverschillen in je lichaam, als ik me goed herinner zijn de oren de koudste en oksels de warmste plekken.
Hoe groter de oppervlakte die blootstaat aan omgeving hoe kouder het is (lees minder bloed wat er langskomt) om energie te besparen bv door meer of minder aders ergens te leggen.
Hoe dat ze die afstanden gaan overbruggen is een andere zaak of er zouden al plaatsen moeten zijn waar grootste temperatuursverschillen dichtbij elkaar liggen.

[Propheticus]

Zoals de buikholte en buikwand, klein probleem though: dr zit een laag spieren tussen.
Een plek op het hoofd is dan misschien het handigst. Temp verschil tussen de kern van je hoofd en de buitenkant is redelijk groot en het hoofd blijft meestal onbedekt (tenzij je een hoofddoek, pet of hoed draagt natuurlijk).

[Reactie gewijzigd door Propheticus op 24 juli 2024 03:20]

[Anoniem: 330656]

Leuk voor op het koelblok van je cpu.. die temp wissel nogal veel, en het is klein genoeg..

[flamingworm]

dat heet een peltier koeling, zie wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/Peltier-element

grote voordeel is dat je temperaturen onder kamertemperatuur kunt bereiken.

Het nadeel is dat het peltier element zelf evenveel warmte verstookt als het afvoert dus je moet een dubbele zo goede koeling hebben. Bv een 125Watt AMD zal plots voor 250Watt gekoeld moeten worden. Meestal wordt een peltier om die redenen met een waterkoeling gecombineerd. Maar als ooit de pomp van je waterkoeling uitvalt, en dat moment komt zowiezo, verwacht je dan maar aan het ergste.

dit is infeite het omgekeerde, peltier gebruikt elektriciteit om een temperatuursverschil te genereren (typisch 50-60 graden), hier gebruikt men het temperatuurverschil om elektriciteit op te wekken.

[Reactie gewijzigd door flamingworm op 24 juli 2024 03:20]

[Anoniem: 90626]

Hmmm.... geloof dat we de makers van Deus-EX voor hun tijd uit waren...

Maar even serieus, wat ik mis in dit stukje is levensduur van zo'n implantaat.

Je kunt legio mogelijkheden verzinnen om het te gebruiken maar het nut hangt af van de levens duur van zo'n chip. Voorbeeld huidige pacemakers worden gevoed door een batterij, vanwege en veiligheid marge worden die zo'n 2 jaar eerder dan de verwachte levensduur van de batterij vervangen om laten we het noemen "Dodeljke ongemakken" te voorkomen. Zo'n zelfde situatie kan ik me indenken met zo'n implantaat. Levensduur is dus niet geheel onbelangrijk.

[atimar]

gebruiken ze kennelijk lage spanning types of zo, gezien je met een simpel koper/constantaan thermokoppel al zo'n 5,5 mV per unit krijgt bij net iets boven de 20 graden.
of zouden ze een serie-parallel schakeling gebruiken ?

[Anoniem: 229719]

Liever een minuscule ZPE generator dan een ding dat mijn lichaam beinvloed. Mogelijke implantaten zullen het niet kunnen doen met dit laag vermogen, er zal meer warmte moeten worden onttrokken om meer vermogen te krijgen->meer kans op problemen.

[Zandhaas]

Hmm dat is interessant voor mensen met C.I. (Cochleair Implantaat).
Met dat C.I. gaat de accu gemiddeld 1 dag leeg! dat is echt snel tov normale hoortoetsellen met ongeveer 2/3 weken.

Ik zelf heb een hoortoetsel en zou overwegen een C.I. nemen, maar enige dat me tegenvalt is accu. Hoop dat ze deze ook erin verwerken wordt.

C.I. wiki
C.I. pics