Китайские ученые разработали подушку, следящую за сном при помощи трибоэлектрических генераторов, конвертирующих движения головы на подушке в электрический ток. Статья опубликована в ACS Applied Materials & Interfaces.
Для исследования сна можно использовать носимые гаджеты или устройства, которые закрепляются на кровати. В первом случае их нужно периодически заряжать, а во втором — подключать к сети. В то же время существуют разные способы создания автономных устройств, самостоятельно вырабатывающих себе электричество.
Ученые под руководством Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang) из Пекинского института наноэнергетики и наносистем создали прототип подушки для отслеживания сна, самостоятельно вырабатывающей энергию. Вместо акселерометра, который обычно применяется для этой цели, они решили использовать трибоэлектрический генератор. Такие генераторы состоят из двух материалов и при их трении создают электрический ток из-за трибоэлектрического эффекта.
Созданный учеными генератор состоит из алюминиевой подложки, которая выступает в качестве электрода. Сверху на нем располагается слой пористого и эластичного полидиметилсилоксана (ПДМС) с добавлением фторированного этилен-пропилена. Для его создания ученые на этапе заливки полимера добавляли в него частицы моногидрата лимонной кислоты, а после затвердевания растворяли частицы этиловым спиртом, в результате чего оставалась пористая полимерная матрица.
При контакте и трении кожи с ПДМС-слоем кожа выступает в качестве второго электрода генератора. Электроны переносятся с кожи на ПДМС, в результате чего на коже скапливается положительный заряд, а не ПДМС — отрицательный. После того как второй электрод (кожа) удаляется, на алюминиевом электроде формируется положительный заряд, компенсирующий избыток отрицательных зарядов на ПДМС-слое. Из-за этого электроны перемещаются от заземления к алюминиевому электроду, таким образом формируется ток, который можно использовать. Когда голова вновь опускается на генератор, происходит обратный процесс.
Авторы создали прототип генератора квадратной формы шириной в два сантиметра, и показали, что нажатие на него с силой в 20 ньютонов позволяет включать одновременно 14 светодиодов. Затем они объединили множество таких генераторов в матрицу 5 на 12 единиц, закрепили ее на подушке и создали таким образом устройство для мониторинга сна. Компьютер может определять положение головы и ее движения, регистрируя сигналы с массива электродов. Таким образом можно следить за сном человека, а также создать систему оповещения, предупреждающую о том, что человек повернулся слишком близко к краю кровати и может упасть.
Следить за сном можно не только с помощью акселерометра и трибоэлектрического генератора, но и при помощи радиоволн. И если несколько лет назад это было реализовано лишь в виде исследовательских прототипов, то сегодня существуют коммерчески доступные гаджеты с такой функцией.
Григорий Копиев
Участники ходили на 0,08 метра в секунду быстрее
Рандомизированное клиническое исследование американских ученых показало, что интенсивная ходьба, при которой частота сердечных сокращений составляла не менее 70 процентов от максимальной, снижает тяжесть проявлений старческой немощности. Это вмешательство сравнивали с обычной ходьбой, когда пульс был ниже 60 процентов от максимального. В среднем скорость ходьбы в экспериментальной группе была выше на 0,08 метра в секунду. Результаты исследования опубликованы в PLoS One.