O krok bliżej do leczniczych nanorobotów
Jedną z najważniejszych barier utrudniających stosowanie nanorobotów aktywnych wewnątrz organizmu jest brak technologii umożliwiających wygodne i bezpieczne ładowanie akumulatorów bez konieczności usunięcia urządzenia z ciała pacjenta. Sytuacja ta może się jednak zmienić dzięki opracowanemu niedawno ogniwu fotowoltaicznemu zdolnemu do pobierania energii niezbędnej do jego pracy przez skórę.
Autorami urządzenia są badacze z szanghajskiego Uniwersytetu Donghua oraz Instytutu Maxa Plancka w Poczdamie. Sekretem wynalazku jest możliwość przekazywania energii pod postacią fal podczerwonych, nie zaś światła widzialnego, jak w przypadku tradycyjnych ogniw fotowoltaicznych.
Próba opracowania ogniw zasilanych podczerwienią nie była działaniem przypadkowym. Fale te przenikają bowiem przez skórę wielokrotnie lepiej od światła widzialnego. Problemem od kilku lat pozostawało jednak stworzenie ogniw zdolnych do pochłaniania promieniowania o takiej długości fali.
Pochłaniające światło materiały opracowane z myślą o ogniwach słonecznych, takie jak krzem czy niektóre barwniki, nie są w stanie efektywnie pochłaniać światła z zakresu bliskiej podczerwieni. (...) W odróżnieniu od nich, światło takie mogą pochłaniać niektóre fosforyzujące nanomateriały na bazie pierwiastków ziem rzadkich, które wykazują następnie luminescencję w zakresie światła widzialnego, tłumaczy jeden z autorów nowego typu ogniw, Zhigang Chen.
Do wytworzenia nowego rodzaju ogniw wykorzystano kryształy o wzorze chemicznym Na(Y1.5Na0.5)F6:Yb,Er. Pochłaniają one padające na nie światło podczerwone, a następnie wypromieniowują pochłoniętą energię w postaci światła widzialnego. To ostatnie jest z kolei pochłaniane przez pokryte specjalnym barwnikiem nanocząstki ditlenku tytanu, na powierzchni których powstaje ładunek elektryczny, który jest przekazywany do elektrod wyprowadzających prąd z ogniwa.
Wydajność prototypu testowano poprzez oświetlanie go laserem o mocy 1W przez warstwy świńskich jelit o grubości od ok. 1 mm do ok. 6 mm, symulujących ludzką skórę. Jak się okazało, pomiędzy elektrodami udało się w ten sposób wytworzyć prąd o mocy od 0,02 do 0,28 mW. Wydaje się, że to niewiele, lecz wartość taka powinna wystarczyć do zasilania wielu rodzajów nanorobotów oraz innych rodzajów implantów.
Szczegółówy opis urządzenia opublikowało czasopismo Advanced Functional Materials.
Komentarze (11)
lucky_one, 23 grudnia 2009, 10:48
Podczerwień to innymi słowy ciepło. Czy takie roboty zamiast ładować się z zewnętrznego źródła zasilania przez skórę nie mogłyby na przykład czerpać ciepła z krwi?
Byłby to jednocześnie wariant o tyle bezpieczny, że nie powinien nieść ze sobą szkód takich jak w wypadku bezpośredniego 'ochładzania' niektórych narządów. Natomiast niewątpliwą zaletą byłby niemal stały dostęp zasilania dla nanobotów.
mikroos, 23 grudnia 2009, 10:57
Obawiam się, że "zagęszczenie" produkcji tego ciepła jest zbyt małe. Weźmy taki głupi przykład: zawodowy, bardzo dobry kolarz na podjeździe przekazuje na pedały moc na poziomie jakichś 420W (w przeliczeniu przede wszystkim na dwa mięśnie: pośladkowy wielki i czworogłowy). Na ciepło marnowane jest ok. 3x tyle (bo wydajność mięśni to jakieś 25% max), więc mamy 1260W. Niby dużo, ale pamiętajmy, że mówimy o ekstremalnym wysiłku i o ogromnej powierzchni wymiany ciepła pomiędzy tymi wielkimi mięśniami i powietrzem.
Osobiście obstawiałbym raczej źródła chemiczne, np. glukozę z krwi. To by dopiero było coś
Przemek Kobel, 23 grudnia 2009, 12:08
W człowieku nie brakuje elektrolitów, byle tylko droidy za bardzo nie napasły się kosztem nosiciela...
mikroos, 23 grudnia 2009, 13:24
Tyle, że elektrolity same w sobie źródłem energii nie są. Trzeba by było jeszcze jakoś wytworzyć gradient ładunków, a potem nauczyć się je przemieszczać, żeby rzeczywiście się do czegoś nadawały.
Przemek Kobel, 23 grudnia 2009, 14:22
Że niby potrzebne są elektrody? (:
mikroos, 23 grudnia 2009, 14:29
Do pozyskania energii tak. Do kontrolowania jej uwalniania i dbania o to, żeby organizmowi nie zabrakło własnych elektrolitów (a niektóre z nich są przecież obecne w śladowych ilościach), potrzeba by było nieco więcej.
lucky_one, 23 grudnia 2009, 15:04
Masz rację mikroos, z glukozą by była fenomenalna sprawa
Zwłaszcza że po prostu nosiciel musiałby trochę więcej cukrów zjeść od czasu do czasu i tyle..
No ale chciałem się skupić na wykorzystaniu tego ciepła jakoś
Zresztą takim nanobotom przecież dużo chyba nie potrzeba?
diviner, 23 grudnia 2009, 16:09
Foton to nie ciepło. Ciepło to jedna z form przekazywania energii, ale nie nazwałbym ciepłem fotonu. Natomiast jego absorbcja przez materiał może prowadzić do wzrostu energii wewnętrznej, co może prowadzić do przekazywania energii kinetycznej drgań sieci (to wtedy jest według mnie ciepło). W fotowoltaice nie chcemy ciepła
lucky_one, 23 grudnia 2009, 18:36
Foton sam w sobie nie jest ciepłem. Ale zauważ że jest coś takiego jak dualizm korpuskularno-falowy. Foton może też być falą. Fala ma różne długości - od podczerwieni (ciepła) aż do promieniowania kosmicznego (fale gamma). Toteż jeśli mówimy o podczerwieni, to jest to fala cieplna - nie ważne czy rozpatrujesz ją jako falę, czy jako zbiór fotonów o określonych parametrach.
diviner, 23 grudnia 2009, 19:55
Oczywiście można rozpatrywać promieniowanie jako falę ELEKTROMAGNETYCZNĄ - gdzie tu ciepło? Ponownie: ciepło to sposób wymiany energii kinetycznej drgań sieci (bądź ruchu cząsteczki - nie tylko translacyjnego). Podczerwień nie jest ciepłem! Podczerwień to tylko fotony/fale w określonym przedziale energii. To wzrost energii wewnętrznej powodowany przez absorpcję energii fotonu/fali może powodować wymianę energii w postaci ciepła z otoczeniem.
magdalana, 5 czerwca 2017, 14:32
No ciekawe, jak to się rozwinie. Póki co cieszę się, ze oferta fotowoltaiki dla biznesu pozwoliła mi na wyposażenie własnej firmy w panele.