Termoelektrik Cihaz Atılımı Giyilebilir Teknolojileri Geliştirmeye Hazırlanıyor

Queensland Teknoloji Üniversitesi'nden (QUT) bir araştırma ekibi esnek ve son derece ince bir film geliştirildi Giyilebilir cihazları sadece vücut ısımızı kullanarak çalıştırmak ve böylece pil ihtiyacını ortadan kaldırmak. 

Yeni teknoloji aynı zamanda akıllı telefonlar ve bilgisayarlardaki elektronik çiplerin soğutulmasında da kullanılabilir; böylece hem daha verimli çalışmaları sağlanabilir hem de kararlılıkları artırılabilir.

Karbon Nötrlüğü için Sıfır Emisyonlu Güç Üretimi (ZeroPC) ARC Araştırma Merkezi'nin kurucu direktörü Profesör Zhi-Gang Chen'e göre bu atılım, vücut ısısını güce dönüştüren bir termoelektrik cihaz yaratmada önemli bir zorluğa değiniyor. Cihaz, giyilebilir elektronikler için sürdürülebilir bir enerji kaynağı olma potansiyeline sahip.

Esnek termoelektrik cihazlardan bahseden Profesör Chen şunları söyledi:

"Bunlar cilt üzerinde rahatça taşınabiliyor ve insan vücudu ile çevredeki hava arasındaki sıcaklık farkını etkili bir şekilde elektriğe dönüştürüyor."

Olağanüstü Bir Termoelektrik Giyilebilir Cihaz Oluşturma

Vücut ısısını enerjiye dönüştürebilen cihazlar, çok ilgi gören ve araştırılan bir konu olmasına rağmen, şu anda yüksek maliyet, karmaşık üretim, sınırlı esneklik ve yetersiz performans gibi zorluklarla karşı karşıyadır ve bu da bu cihazların seri üretiminin ve kullanımının engellenmesine neden olmaktadır. 

Kaynak: Queensland University of Technology

Son çalışmada dergi Science yayınlananQUT ekibi, esnek termoelektrik filmler oluşturmak için uygun maliyetli bir yöntem tanıttı. Bunun için, hem esnekliği hem de verimliliği artıran tutarlı bir bizmut tellür levha tabakası oluşturan minik kristaller veya 'nano bağlayıcılar' kullandılar.

Bizmut tellür (Bi2Te3), araştırmacılar tarafından bu tür cihazları inşa etmek için kullanılan popüler bir malzemedir. Gri toz, bizmut ve tellür bileşiğidir. Kimyasal olarak kararlı yarı iletken, ısıyı elektriğe dönüştüren mükemmel özellikler sergiler ve bu da onu hareket, kalp atış hızı ve sıcaklık monitörleri gibi düşük güç uygulamaları için ideal hale getirir.

Profesör Chen, QUT ekibinin A4 boyutunda, “rekor düzeyde yüksek termoelektrik performans, olağanüstü esneklik, ölçeklenebilirlik ve düşük maliyetle, onu piyasadaki en iyi esnek termoelektriklerden biri yapan” basılabilir bir film yarattığını söyledi.

QUT ekibinin basılabilir filmi, yüksek oranda yönlendirilmiş tanecikler olarak Bi2Te3 bazlı nanoplakaları ve “nano bağlayıcılar” olarak Te nanorodları içeriyor. 

Burada kullanılan teknik, yüksek sıcaklık ve basınç altında bir çözücü içerisinde nanokristaller oluşturan “solvotermal sentez”dir. Bu teknik birleştirildi parçacıkları birbirine bağlamak için filmleri neredeyse erime noktasına kadar ısıtan "sinterleme" ve büyük ölçekli film üretimine olanak tanıyan "serigrafi".

Ekibin kullandığı yöntem, geleneksel malzemelere kıyasla potansiyel olarak daha ucuz ve daha sürdürülebilir olan gümüş selenid (Ag2Se) bazlı termoelektrikler gibi diğer inorganik sistemlerle de kullanılabilir; bu da tekniğin geniş uygulanabilirliğini gösterir.

“Malzemelerdeki bu esneklik, yaklaşımımızın esnek termoelektrik teknolojisini ilerletmek için sunduğu geniş kapsamlı olanakları gösteriyor.”

– Çalışmanın ilk yazarı Wenyi Chen

Çalışmaya göre cihaz, ekibin "serigrafi baskılı cihazlar arasında en yüksek sıralarda yer alan" >3 μW cm−2 K−2'lik normalize edilmiş bir güç yoğunluğuna ulaştı. 

Bununla birlikte, son araştırmalar akıllı saatler ve kişisel termal yönetim gibi giyilebilir cihazlar için güçlü bir çözüm sunuyor. Giyilebilir cihazları çalıştırmanın yanı sıra, bu termoelektrik cihazlar, çipleri soğutmaya ve performansı iyileştirmeye yardımcı olmak için bir cep telefonunun içi gibi dar bir alanda da uygulanabilir. 

Örneğin, bir cihazın içine uygulandığında film, çip sıcaklığını 11.7 Kelvin'e kadar düşürebiliyor ve böylece elektronik cihazlarda optimum performansın korunmasına yardımcı oluyor. 

Eğer ekip bu esnek elektrikli cihazın performansını başarıyla artırırsa, geleceğin akıllı telefonlarına doğrudan güç sağlayabilecekler. belirtilen Chen, üniversitenin YouTube kanalında yayınlanan “Breakthrough, vücut ısısıyla çalışan giyilebilir cihazları gerçeğe yaklaştırıyor” başlıklı resmi videoda şunları söyledi:

Cihazın diğer potansiyel uygulamaları arasında klima sistemleri ve havalandırma yer alır. QUT araştırma ekibi ayrıca akıllı giyim ve otomotiv bileşenlerinde termoelektrik cihazların kullanımını öngörüyor.

Bu ancak bu sadece bir başlangıç; bir sonraki adımda ekip, teknolojinin performansını optimize etmeye ve ölçeklendirmeye odaklanacak. Sonuçta teknolojiyi ticarileştirmek, ölçekte maliyet etkinliği, dayanıklılık ve mevcut cihazlarla entegrasyon zorluklarının üstesinden gelmeyi gerektirir.

Daha fazla araştırma ve sürekli geliştirme, bu cihazların tüketici elektroniğinden tıbbi ve otomotiv uygulamalarına kadar çeşitli sektörlerde enerji verimliliğinde devrim yaratmasına yardımcı olacaktır.

Sağlık giyilebilir cihazlarının koruyucu bakımı nasıl ilerlettiğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Giyilebilir Teknolojideki Gelişmeler

Günümüzün teknolojik olarak gelişmiş dünyasında giyilebilir cihazlar popüler ve oldukça faydalı bir yenilik olarak ortaya çıkmıştır. 

Giyilebilir cihazlar, basitçe taşınabilir elektronik cihazlardır tasarlanmış vücuda takılmak veya giysilere tutturulmak üzere. Giyilebilir teknolojinin yaygın türlerinden bazıları akıllı saatler, akıllı gözlükler ve yüzükler ve bileklikler gibi akıllı mücevherlerdir. Bu cihazlar kişisel verileri izler, analiz eder ve iletir.

Giyilebilir cihazların en önemli uygulamalarından biri bulundu sağlık alanında. Kullanılabilirler vücut sıcaklığını, kan basıncını, kalp atış hızını ve diğer hayati belirtileri izlemek için. Bu cihazların uygulaması hipertansiyon ve kas bozuklukları gibi fizyolojik hastalıkların yanı sıra Alzheimer hastalığı ve Parkinson hastalığı gibi nörobilişsel bozukluklara da uzanıyor. Giyilebilir cihazlar ayrıca bir ilaç verme sistemi olarak kullanılıyor ve sağlık hizmetlerinin kişiselleştirilmesine yardımcı oluyor. 

Şu anda farklı tipte giyilebilir cihazlar mevcuttur Kullanılan Sağlık alanında. Bu e-deri, giyilebilir yelekler, akıllı yüzükler, kulaklıklar ve tükürük, gözyaşı ve idrar kullanan biyoakışkan tabanlı cihazlar gibi deri tabanlı giyilebilir cihazları içerir. 

Sağlık hizmetlerinin yanı sıra giyilebilir cihazlar kullanılır başkalarıyla iletişim kurmak, ödeme yapmak ve aktivite seviyelerini takip etmek, ayrıca yaşam tarzı, oyun, spor, fitness, güvenlik ve savunma sektörlerine yöneliktir.

Yıllar geçtikçe giyilebilir teknoloji çeşitli şekillerde ilerledi. Başlangıç ​​olarak, araştırmacılar ve şirketler bu cihazları üretmek için her zaman daha iyi malzemeler arıyorlar. Esnek, gerilebilir malzemeler ve yumuşak, ultra ince tasarımlar bu cihazların rahatça giyilmesini ve işlevselliğini korumasını sağlar.

Örneğin, yüksek iletkenliğe ve biyouyumluluğa sahip galyum esaslı sıvı metaller, vücuda daha iyi uyum sağlayan biyoelektronikler için öncü oluyor.

Tasarımlara gelince, teknoloji geleneksel yollardan önemli ölçüde evrim geçirdi ve artık bunları insan vücuduyla kusursuz bir şekilde bütünleştirmeye daha fazla odaklanılıyor. E-dövmeler bunun harika bir örneğidir; cilde uyum sağlayan ve fizyolojik ve psikolojik bilgileri invaziv olmayan bir şekilde sayısallaştırabilen son derece ince, cilt kadar yumuşak elektroniklerdir.

Bu cihazların minyatürleştirilmesi, basılı elektronikler ve akıllı kumaşlarla birlikte, çeşitli fiziksel parametreleri izleyebilen sensörlerin ortaya çıkmasına yol açtı süre elektrotlar aktiviteyi ölçmek için tekstillere yerleştiriliyor. Örneğin, Giyilebilir ter sensörleri ter yoluyla sağlık göstergelerini sürekli ve invaziv olmayan bir şekilde izleyerek hassas tıbbı güçlendiriyor. 

Kaynak: MDPI

Çok fazla ilerleme de var yapıyor olmak in giyilebilir akıllı kimyasal sensörlersağlık hizmetlerinde, çevresel izlemede ve güvenlik değerlendirmesinde giderek daha fazla uygulama alanı bulan. 

Çeşitli yenilikçi yaklaşımlar alınmış sensör tasarımı ve imalatına, polivinil alkol/boraks/agaroz/NaNO2 elektrolit ve altın nanotabakalar üzerinde çok duvarlı karbon nanotüp elektrotları dahil ederek NO3'yi tespit etmek üzere tasarlanmış bu tür bir sistemle. Sistem, gelişmiş performans ve kendi kendini onarma yetenekleri göstererek giyilebilir uygulamalar için mükemmel hale getirir.

Giyilebilir Teknolojinin Sınırlamalarının Üstesinden Gelmek

Giyilebilir cihazların daha iyi ve daha etkili hale gelmesine yardımcı olan tüm bu yeniliklerle birlikte, özellikle sağlık alanında olmak üzere farklı sektörlerde dönüşümler yaşanıyor. Ancak, istikrar ve gizlilik gibi sınırlamalardan muzdaripler. 

Örneğin, bu giyilebilir cihazlardaki sensörlerden alınan veriler, vücudun sürekli hareket etmesi nedeniyle bozulma ve gürültüye maruz kalabilir. 

Giyilebilir cihazlarda kullanılan piller başka bir önemli zorluk ortaya koymaktadır. Güç kaynaklarının sınırlamaları araştırmacıları, kendi kendine güç sağlayan sensörler olarak işlev gören piezoelektrik nanojeneratörler (PENG) ve minyatürleştirilmiş enerji toplayıcılar olarak işlev gören triboelektrik nanojeneratörler (TENG) gibi çeşitli çözümleri keşfetmeye yöneltmiştir.

Özellikle termoelektrik jeneratörler giyilebilir teknoloji alanında çok fazla ilgi görüyor. 2017'de Zhejiang Üniversitesi ve Xidian Üniversitesi'nden araştırmacılar bir makale yayınladı İnsan vücudunun enerjisini toplayacak giyilebilir bir termoelektrik jeneratör tasarımı üzerine. 

Son araştırmalara benzer şekilde, bu araştırma da 2 K'lık bir sıcaklık farkı için 3 mV'luk bir voltaj üretebilen bir cihaz oluşturmak için Bi48Te12 tabanlı termoelektrik malzemeyi kullandı. İnsan bileği derisine monte edildiğinde, termoelektrik jeneratörün çıkış gücü 130.6 °C'lik bir ortam sıcaklığında 25 nW idi ve bu, insan vücudunun ısı enerjisini toplama ve giyilebilir kendi kendine çalışan mobil cihazların geliştirilmesi için potansiyelini gösterdi.

Yine başka ders çalışma vücut ısısı toplama uygulamaları için termoelektrik jeneratörlerin (TEG'ler) tasarımında ilerlemeler kaydetti. Mesele şu ki, vücut sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasında 10-15°C'lik bir sıcaklık farkı var, ancak cildin termal direnci nedeniyle giyilebilir bir TEG'den yalnızca çok küçük bir kısmı geçiyor.

Giyilebilir TEG'ler için zorlukların üstesinden gelmek amacıyla kapsamlı bir yarı-3B analitik model geliştirildi ve ardından bir mikrodalga işleme tekniği geliştirildi kullanıldı Yüksek performanslı termoelektrik nanokompozitler sentezlemek, termal iletkenliğin güçlü bir şekilde azaltılmasına ve TEG'lerin insan vücudu üzerinde ticari TEG'lerden 4-7 kat daha yüksek güç yoğunluğu sergilemesine yol açtı.

Sadece bu yıl, birkaç araştırma çalışması serbest bırakıldı giyilebilir cihazlar için termoelektrik cihazlara odaklanıyoruz. 

Birkaç ay önce, Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacılar da gelişmiş vücut ısısından enerji toplayıp onu elektriğe dönüştürebilen ve daha sonra küçük elektronik cihazlara güç sağlayabilen son derece esnek ve yumuşak bir prototip. Esnek termoelektrik cihazları (TED'ler) için UW ekibi 3B yumuşak mimariler, sert yarı iletkenler, çok işlevli kompozitler ve kendi kendini onaran sıvı metal iletkenler kullandı.

Tüm bu çalışmaların odak noktası, enerji hasadının yanı sıra hafif ve esnek termoelektrik malzemelerin geliştirilmesi, vücudun farklı bölgelerine uyum sağlayabilen yüzeylerin tasarlanması, giyilebilir cihazların işlevselliğinin artırılması, maliyet etkinliği ve ölçeklenebilirliğin sağlanması olmuştur.

Hızla Büyüyen Giyilebilir Pazar

Giyilebilir teknolojideki ilerleme ve bunun sonucunda işlevsellikteki artış, bu cihazların benimsenmesini artırdı. Giyilebilir cihazlara olan ilginin artması, pazarının 150 milyar doları aşacak bu on yıl bitmeden.

Özellikle akıllı saatler ve fitness takip cihazları gibi giyilebilir cihazlara yönelik pazar bir süredir yükselişte. Aslında pandemi sırasında kişisel sağlık herkesin odak noktası haline geldiğinden patlama yaşadılar. Bu cihazlar ayrıca giderek artan sayıda ölçüm ekliyor ve tıbbi bir cihaza yaklaştıkça giderek daha fazla tüketici bunları benimsiyor.

Fitness ve sağlık hizmetlerinin yanı sıra teknoloji devleri sanal, artırılmış ve karma gerçeklik (VR, AR ve MR) giyilebilirlerine özel ilgi gösteriyor. Akıllı giyim ve e-tekstiller de ilgi görüyor ancak üretim ölçeklenebilirliği ve ürün ekonomisi açısından zorluklarla karşılaşmaya devam ediyor. 

İlginçtir ki giyilebilir ödeme hizmetleri pazarı bekleniyor güçlü bir hızla büyümek, % 13.6 CAGR 120 milyar dolara. Bu büyüme itilir Akıllı telefonlarda, fitness takip cihazlarında ve diğer giyilebilir cihazlarda yakın alan iletişiminin (NFC) benimsenmesiyle,

Giyilebilir teknoloji ürün çeşitleri arasında ayrıca elektronik cilt bantları, göğüs kayışları, akıllı kontakt lensler ve giyilebilir kameralar da ilgi görüyor.

Bir göre son rapor, giyilebilir cihaz sevkiyatlarının küresel olarak bu yıl yıllık bazda (YoY) %6'dan fazla artarak yaklaşık 538 milyon üniteye ulaşması bekleniyor. Bu büyüme, gelişen ekonomi ve gelişen bölgelerde giyilebilir cihazların artan benimsenmesiyle sağlanıyor.

Ancak bu büyüme sektörler arasında eşitsiz olacak ve giyilebilir ürünler pazarının %60'ından fazlasını temsil eden giyilebilir ürünlerin fiyatların istikrara kavuşmasıyla birlikte artış görmesi bekleniyor. Bu arada akıllı saatlerin %3 düşüş görmesi bekleniyor, bu da ilk kez bir önceki yıla göre düşüş anlamına geliyor. öngörüldü Gelecek yıl yüzde 4.8'lik büyümeye ulaşılması bekleniyor. Bu artan fiyatlar ve minimal tasarım değişiklikleri nedeniyle.

Ortaya Çıkan Giyilebilir Cihazlar 

Giyilebilir cihazlar söz konusu olduğunda, fitness ve sağlık sektörleri başı çekiyor. 

Sağlık hizmetlerinde, akıllı saatler ve yamalar halinde gelen giyilebilir elektrokardiyogram (EKG) cihazları uzaktan kardiyak bakımı dönüştürüyor. Bu cihazlar, doktorların uzaktan inceleyebildiği ve daha sonra proaktif sağlık yönetimi sağlayabildiği EKG verilerini depolayan uygulamalarla eşleştiriliyor ve bu da daha sağlıklı yaşam tarzlarına yol açıyor. 

Günümüzün giyilebilir cihazları, kullanıcıları hakkında gerçek zamanlı veri sağlayan gelişmiş sensörlerin yardımıyla hayati belirtilerin sürekli toplanmasını da sağlar. Örneğin, Sürekli glikoz izleme (CGM), kan şekeri seviyeleri hakkında gerçek zamanlı bilgiler sunarak hastaların sağlıklarını evlerinin konforunda izlemelerine olanak tanır.

Şirketler arasında artan bir odaklanma ayrıca görülür kalp atış hızı monitörlerinde. Casio G-Shock Rangeman gibi akıllı saatler, GPS ve sensörlerin yardımıyla vücut hareketlerini ve doğal ortamdaki değişiklikleri doğru bir şekilde algılamak için bir kalp atış hızı monitörüyle donatılmıştır. Sonra Garmin'ler (GRM uzantısı + 0.24%) Kadınların spor sütyenlerine doğrudan takabilecekleri konforlu bir tasarıma sahip kalp atış hızı monitörleri.

Görüldüğü üzere giyilebilir teknoloji geliştiren teknoloji şirketlerinin odaklandığı nokta kesinlikle erişim kolaylığı. Bu Oura akıllı yüzükler için de aynı şey geçerlidir. giyilebilir parmağınızda. Bant, hareketi belirlemek için bir 3D ivmeölçer, vücut sıcaklığınızı gözlemlemek için bir NTC sensörü ve kalp atış hızınızı izlemek için bir PPG sensörü ile donatılmıştır. 

Sonra, uykuyu, kalp sağlığını ve adet döngülerini takip etmeyi sağlayarak tasarımında kadınlara öncelik veren bir yaklaşım benimseyen Evie Smart Ring var. Bu arada giyilebilir biyosensörler, kortizol seviyeleri gibi biyobelirteçlerdeki ince değişiklikleri tespit ederek stres yönetimi için umut verici yollar sunuyor. 

Şirketler ayrıca egzersiz sırasında kullanıcıya rehberlik eden kulaklıklar üretirken, Parkinson hastalarının titremelerini azaltmak ve yaşam kalitelerini artırmak için GyroGlove gibi özel eldivenler üretiyor.

Eğlence dünyasında, Xreal Air gibi giyilebilir cihazlar kullanıcıların içerik izlemesine ve oyun oynamasına olanak tanırken, Meta'ler (META -0.42%) akıllı gözlükler içerik oluşturma ve paylaşmayı mümkün kılar. Sonra, sekiz çekirdekli, 2.1 GHz Qualcomm işlemcide çalışan ve fotoğraf çekebilen, gönderebilen Ai Pin gibi giyilebilir cihazlar var kısa mesajlar gönderebilir ve çağrıları yanıtlayabilirsiniz.

Termal küpe hakkında bilgi edinmek için buraya tıklayın.

Giyilebilir Sektöre Hakim Şirketler

Şimdi, şirketlere gelince, Apple (AAPL -0.26%) Apple Watch gibi akıllı ürünlerden oluşan güçlü portföyü sayesinde bu alanda öncü olmuştur. Saatin kapsadığı temel sağlık ölçümleri arasında kalp atış hızı, solunum hızı, bilek sıcaklığı, kan oksijeni ve uyku süresi yer alır.

3.75 trilyon dolarlık piyasa değeriyle dünyanın en büyük şirketi, hisseleri şu anda 248 dolardan işlem görüyor ve bu yıl %28.88 arttı. Apple'ın EPS'si (TTM) 6.07 ve P/E'si (TTM) 40.88 iken %0.40 temettü getirisi var. Şirketin iPhone 28 serisini, AirPods 2024'ü ve işitme sağlığı ve uyku apnesi tespiti özelliklerine sahip Apple Watch Series 16'u piyasaya sürdüğü 4 Eylül 10'te sona eren çeyrek için teknoloji devi posted 94.9 milyar dolar gelir.

Bu arada Google, 2021'de satın aldığı Fitbit aracılığıyla giyilebilir pazarını ele geçiriyor. Çinli şirket Huawei de bu yıl, gelecek giyilebilir cihazlara güç vermek için TruSense sistemini piyasaya sürdü. Alandaki diğer önemli isimler arasında şunlar yer alıyor: Samsung Group (SSUN.F + 0%), Sony Corporation (SONY -1.43%), Microsoft (MSFT + 1.19%)ve Garmin.

Sonuç

Giyilebilir teknoloji, çok fazla ilgi ve gelişme gören hızla büyüyen bir pazardır. Dahası, QUT ekibi tarafından elde edilen termoelektrik teknolojisindeki atılımlar, bu cihazların artık pillere bağımlı olmadığı, dolayısıyla hafif ve daha verimli giyilebilir cihazlara yol açan daha gelişmiş bir geleceğe giden yolu açıyor. 

Ancak malzeme ve tasarımdaki tüm bu gelişmeler küresel giyilebilir pazarını yönlendirirken, maliyet, ölçeklenebilirlik ve dayanıklılık açısından hala zorluklar var. Yalnızca daha fazla yenilik, sürekli iş birliği ve artan yatırımla tüm bu atılımlar yapılabilir pratik uygulamalarda kullanmak ve günlük hayatımıza entegre etmek için!

Yatırım yapabileceğiniz en iyi giyilebilir sağlık takibi şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.