Bateria de lentes de contato inteligentes carregada por lágrimas humanas

NTU Cingapura

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Pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU), em Cingapura, desenvolveram uma bateria com a espessura de um micrômetro que pode alimentar lentes de contato inteligentes e ser carregada com lágrimas, disse um comunicado de imprensa da universidade.

As lentes de contato são usadas há muito tempo para correção da visão. Com os avanços tecnológicos, as empresas têm trabalhado para criar versões mais inteligentes, conectando-se a dispositivos como smartphones e exibindo informações próximas aos olhos de quem o usa. Tais aplicações exigem que as lentes tenham uma bateria interna.

A Interesting Engineering relatou anteriormente como as empresas gerenciaram exibições de realidade aumentada em lentes de contato inteligentes. Esses aparelhos utilizam baterias extremamente finas com bobinas de indução e fios metálicos, que trazem riscos aos olhos do usuário. Uma equipe de pesquisa liderada por Lee Seok Woo, professor assistente da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica (EEE) da NTU, desenvolveu agora uma bateria que usa qualquer metal.

A bateria é feita de materiais biocompatíveis e possui revestimento à base de glicose. Este revestimento pode reagir com íons sódio e cloreto na água dentro da bateria, servindo como circuito para geração de eletricidade. Como os íons sódio e cloreto também são encontrados nas lágrimas, as lentes poderiam praticamente ser carregadas enquanto o usuário as usava.

“Esta pesquisa começou com uma pergunta simples: as baterias das lentes de contato poderiam ser recarregadas com nossas lágrimas?” disse Woo em um comunicado à imprensa. "As técnicas anteriores para baterias de lentes não eram perfeitas, pois um lado do eletrodo da bateria estava carregado e o outro não. Nossa abordagem pode carregar ambos os eletrodos de uma bateria por meio de uma combinação única de reação enzimática e reação de auto-redução." Como a abordagem utiliza glicose e água, elas são seguras para o usuário e para o meio ambiente após o término da vida.

Como a bateria é mais fina que um milímetro, a maior questão é quanta energia ela pode acumular e por quanto tempo pode ser usada. Para testar a invenção, os pesquisadores trabalharam com um modelo de olho simulado.

Seus experimentos descobriram que a bateria pode produzir uma corrente de 45 microamperes e uma potência máxima de 201 microwatts. Essa quantidade de energia será suficiente para operar o dispositivo durante a maior parte do dia.

É aqui que a carga de lágrimas também ajuda. Quando mantida em uma solução simulada de ruptura, a vida útil da bateria pode ser estendida em mais uma hora a cada doze horas de uso. Quando não estiver em uso, a bateria pode ser mantida em uma solução salina concentrada que contém grandes quantidades de íons de glicose, potássio e sódio para carregar.

A equipe descobriu que a bateria pode passar por 200 ciclos de carga e descarga. "Embora a transmissão de energia sem fio e os supercapacitores forneçam alta potência, sua integração apresenta um desafio significativo devido à quantidade limitada de espaço na lente." disse Li Zongkang, um Ph.D. estudante da NTU que esteve envolvido neste trabalho. "Ao combinar a bateria e a célula de biocombustível num único componente, a bateria pode carregar-se sozinha sem a necessidade de espaço adicional para componentes com ou sem fios. Além disso, os eléctrodos colocados no lado exterior da lente de contacto garantem que a visão do olho não pode ser obstruído."

A equipe está agora trabalhando para aumentar a quantidade de corrente elétrica que a bateria pode descarregar e fazendo parceria com empresas de lentes de contato para trazer isso ao mercado.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Nano Energy.

Abstrato

As lentes de contato inteligentes desenvolvidas para aplicações médicas e pessoais exigirão fontes de alimentação miniaturizadas, com baterias integradas oferecendo opções promissoras. No entanto, carregar baterias em pequenos dispositivos vestíveis é um desafio porque é difícil transferir energia elétrica através de uma conexão com fio miniaturizada ou de uma unidade de transmissão sem fio. Aqui, desenvolvemos baterias seguras à base de lágrimas integradas em lentes de contato que são carregadas com biocombustível durante seu armazenamento. Reações enzimáticas de glicose oxidase e auto-redução do polímero condutor são utilizadas para carregar o cátodo e o ânodo, respectivamente. Os eletrodos são incorporados em uma lente de contato e descarregados em uma solução de lágrima artificial, seguido de carregamento em uma solução de glicose por meio de uma biorreação (chamada biocarregamento). A bateria de biocarregamento apresenta capacidade de descarga de 45 μA cm- 2 e potência máxima de 201 μW cm- 2, com desempenho verificado ao longo de 15 ciclos. A bateria biocarregável também pode ser carregada convencionalmente por uma fonte de alimentação externa.