يقوم عالم المواد بإنشاء قماش بديل للبطاريات للأجهزة القابلة للارتداءتي شيرت مع نظام تخزين الشحن.

أحد العوامل الرئيسية التي تعيق تطوير أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء في مجال المراقبة الصحية هو عدم توفر مصدر طاقة طويل الأمد وخفيف الوزن. يقول الآن علماء في جامعة ماساتشوستس أمهرست ، بقيادة كيميائي المواد تريشا ل. أندرو ، إنهم طوروا طريقة لصنع نظام لتخزين الشحن يمكن دمجه بسهولة في الملابس من أجل "تطريز نمط تخزين الشحن على أي ثوب".كما يشرح أندرو ، "لا تزال بطاريات أو أنواع أخرى من وحدات تخزين الشحنة هي المكونات المحدودة لمعظم التقنيات المحمولة أو القابلة للارتداء أو القابلة للامتصاص أو المرنة. تميل الأجهزة إلى أن تكون مزيجًا كبيرًا جدًا وثقيل جدًا وغير مرن".

تستخدم طريقتهم الجديدة supercapacitor الصغرى وتجمع بين خيوط موصلة مغلفة بالبخار مع فيلم بوليمر ، بالإضافة إلى تقنية خياطة خاصة لإنشاء شبكة مرنة من الأقطاب الكهربائية المحاذية على دعم نسيج. يتمتع جهاز الحالة الصلبة الناتج بقدرة عالية على تخزين الشحن لحجمه ، والخصائص الأخرى التي تسمح له بتشغيل أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء.

ويضيف أندرو أنه في حين أن الباحثين قاموا بتصغير العديد من مكونات الدوائر الإلكترونية المختلفة بشكل ملحوظ ، فإنه حتى الآن لا يمكن قول الشيء نفسه بالنسبة لأجهزة تخزين الشحن. "مع هذه الورقة ، نظهر أنه يمكننا حرفياً نقش نمط تخزين الشحنة على أي ثوب باستخدام خيوط مغلفة بالبخار التي يقوم بها مختبرنا. وهذا يفتح الباب أمام مجرد خياطة الدوائر على الملابس الذكية ذاتية التشغيل". تظهر التفاصيل عبر الإنترنت في ACS Applied Materials & Interfaces .

وأشار أندرو وباحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الأول Lushuai Zhang ، بالإضافة إلى طالب الدراسات العليا في الهندسة الكيميائية ويسلي فيولا ، إلى أن المكثفات الفائقة هي مرشحات مثالية لدوائر تخزين الشحنة القابلة للارتداء نظرًا لأن لها كثافة طاقة أعلى مقارنة بالبطاريات.

وأضافوا أن "دمج المواد الفعالة كهروميكانيكية مع التوصيلات الكهربائية العالية والنقل السريع للأيونات في المنسوجات أمر صعب". أظهر أندرو وزملاؤه أن عملية الطلاء بالبخار تخلق أفلام البوليمر الممسكة المسامية على خيوط مزوّدة بكثافة ، والتي يمكن أن تتضخم بسهولة مع أيونات إلكتروليتية وتحافظ على سعة تخزين عالية في كل وحدة مقارنةً بالعمل السابق مع الألياف المصبوغة أو المبثوقة.

ويشير أندرو ، الذي يدير مختبر الإلكترونيات القابل للارتداء في UMass Amherst ، إلى أن علماء النسيج لا يميلون إلى استخدام ترسب البخار بسبب الصعوبات التقنية والتكاليف المرتفعة ، ولكن في الآونة الأخيرة ، أظهرت الأبحاث أنه يمكن زيادة التقنية والحفاظ على فعالية التكلفة .

تعمل هي وفريقها حاليًا مع آخرين في مركز UMass Amherst Institute لعلوم الحياة التطبيقية "مراقبة الصحة الشخصية" على دمج مصفوفات التخزين المشحونة الجديدة مع مستشعرات النسيج الإلكترونية والمعالجات الدقيقة منخفضة الطاقة لبناء الملابس الذكية التي يمكنها مراقبة مشية الشخص وحركات المفاصل خلال يوم عادي.