Pentru dispozitivele portabile, asigurarea unei surse de alimentare adecvate este o adevărată provocare, deoarece necesită o baterie de capacitate suficientă și eficientă, ceea ce crește greutatea și dimensiunea dispozitivului, și necesită încărcarea sursei de alimentare la anumite intervale.
Cercetările privind alimentarea alternativă a dispozitivelor portabile sunt în curs de desfășurare de mult timp, inclusiv încercările de a obține suficientă energie din căldura corpului pentru a alimenta dispozitive cu nevoi mai mici, precum și alte domenii. Una dintre acestea se referă la o tehnologie denumită "Power-over-Skin", care are avantajul de a furniza energie dispozitivelor portabile prin intermediul unei baterii care este în contact cu corpului uman, mediul de transfer al energiei fiind pielea.
Pe măsură ce senzorii și componentele electronice devin mai sofisticate, necesarul lor de energie poate scădea, permițându-le să fie deservite de surse alternative de energie. Aceasta ar putea proveni din energia generată de mișcări al corpului, dar sunt în curs de desfășurare cercetări pentru a încerca să alimenteze dispozitivele portabile din căldura corpului și sunt explorate și alte direcții, după cum arată acest studiu.
Acestei alternative i s-a alăturat o alta, datorită unei echipe de cercetători de la Universitatea Carnegie Mellon, care a căutat modalități neinvazive de a alimenta alternativ dispozitivele portabile. Este important să subliniem că această tehnologie este destul de diferită de cele de mai sus, deoarece implică pur și simplu atașarea unei baterii clasice la corpul uman într-un mod capacitiv, neinvaziv, și apoi furnizarea cantității necesare de energie prin piele la receptorul dispozitivului portabil, deși dacă o metodă de autogenerare de curent devine viabilă, tehnologia se poate folosi pentru transmisia acestuia
Acest lucru presupune purtarea unui dispozitiv de captare și stocare de energie, care utilizează pielea corpului uman pentru a pune energia necesară la dispoziția dispozitivului portabil prin intermediul suprafeței pielii (Power-over-Skin). Aceste dispozitive pot lua forma unei curele, sau diverse echipamente care pot avea contact cu pielea prin îmbrăcăminte, după cum se arată în exemplele de mai sus. Transferul de energie are loc în gama de frecvențe radio de 40 MHz, iar energia rezultată este suficientă pentru funcționarea unei game largi de dispozitive. Conform studiului, această gamă de frecvențe este cea mai optimă, cele în jurul valorii de 6 GHz ar putea provoca leziuni ale țesuturilor prin generarea de căldură, iar gamele de frecvențe mai mici, cum ar fi cele sub 100 kHz, pot avea, un efect vizibil asupra nervilor și țesutului muscular, de exemplu activând mușchii și provocând chiar amorțirea membrelor.
În conformitate cu orientările actuale ICNIRP 2020, curentul maxim la care poate fi expus corpul este de 45 mA. Desigur, cercetătorii nici măcar nu s-au apropiat de acest nivel, defapt au stabilit limita superioară la 17 miliamperi, care este generată de un circuit special care monitorizează rezistența pielii corpului umane. Împreună cu aceasta, se determină și SAR-ul maxim la care poate fi expus un kilogram de corp uman. SAR, sau rata specifică de absorbție a energiei, este cantitatea de energie pe care un corp uman o poate absorbi fără a suferi daune și este exprimată în W/kg. În conformitate cu orientările actuale, SAR mediu permis pentru întregul corp este de 80 mW/kg într-o gamă de frecvențe de la 100 kHz la 6 GHz, ceea ce poate provoca o creștere maximă a temperaturii corpului de 0,1 grade Celsius. Acest lucru implică faptul că expunerea întregului corp al unei femei medii cu o masă corporală de 62 kg ar fi de maximum 4,96 W. Potrivit cercetătorilor, niciunul dintre emițătoarele lor nu s-a apropiat de această valoare, după cum se arată mai jos.
De exemplu, cercetătorii au creat o unitate minusculă, asemănătoare unui inel inteligent, care a funcționat bine, utilizând propriul său hardware de captare a energiei, care a folosit energia transmisă de pielea corpului uman și care a putut fi utilizată pentru a controla conținutul de pe ecran de telefon, prin intermediul unei conexiuni Bluetooth.
Inovația ar putea fi utilizată și pentru alimentarea senzorilor portabili care ar putea fi folosiți pentru a monitoriza diverși parametri fiziologici, chiar și pe perioade îndelungate de timp, fără a fi necesară îndepărtarea senzorului de pe piele pentru reîncărcarea bateriei. Datorită naturii sale capacitive, receptorul poate fi purtat practic oriunde, chiar și prin haine, ceea ce deschide ușa către numeroase posibilități. Cercetătorii au testat, inovația cu un calculator modificat, care culege energie din tensiune transmisă prin piele, atunci când intră în contact cu palma.
Cercetătorii au creat și un dispozitiv de dimensiuni mici care monitoriza expunerea la lumina soarelui și avea chiar și un ecran minuscul - care putea fi alimentat și prin intermediul Power-over-Skin. Deoarece această metodă permite transmiterea eficientă și rapidă a energiei către dispozitiv, ea poate fi utilizată pentru alimentarea eficientă a diferitelor dispozitive portabile, fără a fi nevoie ca acestea să aibă baterii. Aceasta din urmă este importantă deoarece ar permite fabricarea unor dispozitive portabile mai ușoare și mai subțiri, cât și ar putea ajuta industria să devină mai puțin dependentă de pământurile rare pentru producerea bateriilor, o problemă majoră în prezent.
Cercetările nu au analizat încă dacă există efecte secundare negative ale utilizării pielii ca conductor, dar deoarece acesta este un domeniu foarte complex, va fi nevoie de mai mult timp pentru a investiga posibilele efecte negative. În plus, este posibil ca efectele negative să apară numai după utilizarea pe termen lung și să cauzeze o gamă largă de probleme care variază de la individ la individ.
Cercetătorii au sublinia că în trecut corpul uman a fost utilizat de unele dispozitive pentru a genera energie, cum ar fi mecanismele de ceasuri "automate" care puteau funcționa nelimitat folosind energia mecanică generată de încheiătură. Aceste mecanisme au fost înlocuite de ceasuri cu cuarț mai precise și mai ieftine, care folosesc baterii sau acumulatori pentru a funcționa.
Lucrarea a investigat și efectul asupra performanței plasării dispozitivului receptor care absoarbe energia și a dispozitivului portabil care primește energia de la acesta pe diferite zone ale corpului, iar distanțele dintre dispozitive au fost variate în cadrul experimentelor. Fiecare emițător a fost testat în șase locuri: piept, glezna dreaptă, bicepsul drept și stâng, ceafa și degetul arătător stâng. Cea mai mare putere a fost obținută în mod natural atunci când a fost măsurată cea mai mică distanță între dispozitivul de absorbție și bateria: puterea de ieșire a fost de 1,53 mW. Cea mai mică valoare măsurată a fost la cea mai mare distanță, care a fost de numai 5,3 mW. Rezultatele au fost probabil influențate și de îmbrăcăminte, dar acest aspect nu a fost discutat.
Rezultatele cercetării sunt impresionante, deoarece ne aduc cu încă un pas mai aproape de era dispozitivelor portabile fără baterii, dar necesită atenție, deoarece corpul uman este un sistem foarte complex, a cărui funcționare exactă nu este încă pe deplin înțeleasă. Interferența cu acest sistem ar putea avea un impact asupra diferitelor procese fiziologice, astfel încât sunt necesare cercetări suplimentare.
