The Matrix filminde makinelerin insan bedenlerinden enerji elde ettiği bir evren betimleniyordu. Gerçek hayatta ortaya çıkan yeni bir teknoloji, bu bilim kurgu konseptini andırıyor olsa da çok daha farklı bir amaca hizmet ediyor: İnsan vücudunun hareketleriyle elektrik üretmek. ABD’deki Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden araştırmacılar, insan kalp hücrelerinin kasılmalarını elektriğe çeviren esnek elektronik ağ geliştirdi. Laboratuvar deneylerinde geleneksel enerji toplama yöntemlerine göre 10 katın üzerinde enerji yoğunluğuna ulaşabilen bu sistem, ileride giyilebilir cihazların ve tıbbi implantların pil ihtiyacını azaltma potansiyeline sahip. Kalp hücrelerinin hareketleri elektrik üretiyor
Kalp pilleri, işitme implantları ve giyilebilir sağlık cihazları, çalışmak için pil gereksinimi duymaktadır. Piller, cihazlara ağırlık ve boyut eklerken, özellikle tıbbi implantlarda pil değişimi yeni bir cerrahi müdahale gerektirebiliyor. Araştırmacılar, bu soruna çözüm olarak vücudun kendi hareketlerinden elektrik üreten biyohibrit enerji sistemi tasarladı.
Biyo-hibrit ağ toplayıcı 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 geliştirdiler ve bunları bu ağa entegre ettiler.
Ağın açık yapısı, canlı hücrelerin elektronik bileşenlerin arasına ve çevresine doğru büyümesine imkan tanıyor. Laboratuvar testlerinde insan kalp hücreleriyle birleştirilen sistem, hücreler kasılıp gevşedikçe şekil değiştirerek elektrik üretti. Araştırma sonuçları Science Advances dergisinde yayımlandı.
Geleneksel sistemlerden 10 kat daha yüksek enerji yoğunluğu
Klasik piezoelektrik enerji toplayıcılar genellikle canlı dokunun yüzeyine yerleştirilen ayrı bileşenlerden meydana geliyor. Bu tasarım, yumuşak dokuyla elektronik parçalar arasında mekanik uyumsuzluk yaratabiliyor ve enerji toplama alanını kısıtlayabiliyor.
Yeni yaklaşımda ise birçok küçük üreteç doğrudan hücrelerin büyüdüğü esnek ağın içine yerleştiriliyor. Böylece sistem, dokunun farklı bölgelerindeki hareketlerden enerji toplayabilirken canlı hücrelerle birlikte esneyebiliyor. Araştırmacılara göre bu yapı, geleneksel merkezi sistemlere kıyasla etkin hacim başına 10 katın üzerinde enerji yoğunluğu sağladı.
Sistemin başka bir avantajı ise üst üste yerleştirilebilen ince ağ katmanlarıyla enerji üretim kapasitesinin artırılabilmesidir. Araştırmacılar, bu yöntemin cihazın hacmini önemli ölçüde genişletmeden çeşitli güç gereksinimlerine uyarlanabileceğini düşünüyorlar.
Tıbbi implantlarda kullanılabilir
Böyle bir teknoloji gelecekte kalp pilleri, kalp izleme sistemleri, nörostimülatörler ve düşük güç tüketen diğer tıbbi elektronik aygıtlarda uygulanabilir. Giyilebilir sağlık sensörleri de potansiyel uygulamalar arasında bulunmaktadır. Araştırmanın kıdemli yazarı ve Massachusetts Amherst Üniversitesi öğretim üyelerinden Jun Yao, elektronik sistemlerin hücresel ölçekte canlı dokuyla birleşmesinin biyouyumluluğu artırabileceğini ifade ediyor.
teknoloji henüz başlangıç aşamasında. Sistem yalnızca laboratuvar ortamında yetiştirilen kalp dokusunda test edildi. Canlı bir organizmada ne kadar verimli çalıştığı ya da bir tıbbi implantı bağımsız olarak besleyip besleyemeyeceği henüz kanıtlanmadı. Uzun vadeli dayanıklılık, elektrik üretim kapasitesi ve biyouyumluluk gibi konuların da araştırılması gerekecek.
PZT malzemesinin kurşun içermesi, en büyük güvenlik sorunlarından biri olarak öne çıkıyor. Kurşunun çevredeki dokulara ulaşmasını önlemek amacıyla elektronik bileşenlerin güvenli şekilde yalıtılması şarttır. Dolayısıyla sistem vücudun hareketlerinden enerji elde etmek için umut vaat etse de tıbbi kullanıma geçiş yapabilmesi için daha fazla testten geçmesi gerekiyor.
