The Matrix filminde makinelerin insan bedenlerinden enerji elde ettiği bir dünya tasvir ediliyordu. Gerçek dünyada geliştirilen yeni bir teknoloji, bu bilimkurgu fikrini akla getirse de çok daha farklı bir amaca hizmet ediyor: İnsan vücudunun kendi hareketlerinden elektrik üretmek. ABD’deki Massachusetts Amherst Üniversitesi araştırmacıları, insan kalp hücrelerinin kasılmalarını elektriğe dönüştüren esnek elektronik ağ geliştirdi. Laboratuvar testlerinde geleneksel enerji toplama yöntemlerine kıyasla 10 katın üzerinde enerji yoğunluğuna ulaşan sistem, gelecekte giyilebilir cihazların ve tıbbi implantların pil ihtiyacını azaltma potansiyeline sahip. Kalp hücrelerinin hareketleri elektrik üretiyor
Kalp pilleri, işitme implantları ve giyilebilir sağlık cihazları, çalışabilmek için piller gerektiriyor. Piller, cihazlara ek ağırlık ve hacim getirirken özellikle tıbbi implantlarda pil değişimi yeni bir ameliyat gerektirebiliyor. Araştırmacılar, bu soruna çözüm olarak vücudun kendi hareketlerinden elektrik üreten biyohibrit enerji sistemi geliştirdi.
Biohybrid mesh harvester adı verilen sistem, esnek bir polimer ağ üzerine yerleştirilmiş büyük sayıda küçük piezoelektrik üreteçten oluşuyor. Araştırmacılar, mekanik baskı ve şekil değişimi sırasında elektrik yükü üreten PZT adlı seramikten ince şeritler üreterek bu ağa entegre etti.
Ağın açık yapısı, canlı hücrelerin elektronik bileşenlerin arasına ve çevresine doğru büyümesine olanak tanıyor. Laboratuvar deneylerinde insan kalp hücreleriyle bütünleştirilen sistem, hücreler kasılıp gevşedikçe şekil değiştirerek elektrik üretmeyi başardı. Araştırma, Science Advances dergisinde yayımlandı.
Geleneksel sistemlerden 10 kat daha yüksek enerji yoğunluğu
Klasik piezoelektrik enerji toplayıcılar genellikle canlı dokunun yüzeyine yerleştirilen ayrı bileşenlerden oluşmaktadır. Bu tasarım, yumuşak dokuyla elektronik parçalar arasında mekanik uyumsuzluk yaratabilir ve enerji toplama alanını sınırlayabilir.
Yeni yaklaşımda ise çok sayıda küçük üreteç doğrudan hücrelerin büyüdüğü esnek ağın içine dağıtılmıştır. Böylece sistem, dokunun farklı noktalarındaki hareketlerden enerji toplayabiliyor ve canlı hücrelerle birlikte esneyebiliyor. Araştırmacılara göre bu yapı, geleneksel merkezi sistemlere kıyasla etkin hacim başına 10 katın üzerinde enerji yoğunluğu sağladı.
Sistemin bir diğer avantajı ise üst üste yerleştirilen ince ağ katmanlarıyla enerji üretim kapasitesinin artırılabilmesidir. Araştırmacılar, bu yöntemin cihazın hacmini önemli ölçüde büyütmeden farklı güç gereksinimlerine uyarlanabileceğini öngörüyorlar.
Tıbbi implantlarda kullanılabilir
Böyle bir teknoloji gelecekte kalp pilleri, kalp izleme sistemleri, nörostimülatörler ve düşük güç tüketen diğer tıbbi elektronik cihazlarda uygulanabilir. Giyilebilir sağlık sensörleri de olası uygulamalar arasında bulunmaktadır. Araştırmanın kıdemli yazarı ve Massachusetts Amherst Üniversitesi öğretim üyesi Jun Yao, elektronik sistemlerin hücresel düzeyde canlı dokuyla entegrasyonunun biyouyumluluğu artırabileceğini ifade ediyor.
Bununla birlikte teknoloji henüz erken aşamada. Sistem yalnızca laboratuvar ortamında yetiştirilen kalp dokusunda test edildi. Canlı bir organizmada nasıl çalıştığı veya bir tıbbi implantı tek başına besleyip besleyemediği henüz kanıtlanmadı. Uzun vadeli dayanıklılık, elektrik üretim kapasitesi ve biyouyumluluk gibi konular da incelenmelidir.
