De nombreux biocapteurs portables, les émetteurs de données et les avancées technologiques similaires pour la surveillance de la santé personnalisée ont maintenant été "miniaturisés de manière créative, " dit la chimiste des matériaux Trisha Andrew à l'Université du Massachusetts à Amherst, mais ils demandent beaucoup d'énergie, et les sources d'alimentation peuvent être encombrantes et lourdes. Maintenant, elle et son doctorat. L'étudiante Linden Allison rapporte qu'elle a développé un tissu capable de récupérer la chaleur corporelle pour alimenter de petits appareils microélectroniques portables tels que les trackers d'activité.

Écrit dans une première édition en ligne de Technologies avancées des matériaux , Andrew et Allison expliquent qu'en théorie, la chaleur corporelle peut produire de l'énergie en profitant de la différence entre la température corporelle et l'air ambiant plus frais, un effet "thermoélectrique". Les matériaux à haute conductivité électrique et à faible conductivité thermique peuvent ainsi déplacer la charge électrique d'une région chaude vers une région plus froide.

Certaines recherches ont montré que de petites quantités d'énergie peuvent être extraites d'un corps humain sur une journée de travail de huit heures, mais les matériaux spéciaux nécessaires à l'heure actuelle sont soit très coûteux, toxique ou inefficace, soulignent-ils. André dit, "Ce que nous avons développé est un moyen d'imprimer à la vapeur biocompatible à peu de frais, films polymères souples et légers faits de tous les jours, matériaux abondants sur des tissus de coton qui ont des propriétés thermoélectriques suffisamment élevées pour produire une tension thermique assez élevée, assez pour alimenter un petit appareil."

Pour ce travail, les chercheurs ont profité des propriétés naturellement faibles de transport de chaleur de la laine et du coton pour créer des vêtements thermoélectriques capables de maintenir un gradient de température à travers un dispositif électronique appelé thermopile, qui convertit la chaleur en énergie électrique même sur de longues périodes d'usure continue. Il s'agit d'une considération pratique pour s'assurer que le matériau conducteur va être électriquement, stable mécaniquement et thermiquement dans le temps, note André.

"Essentiellement, nous avons capitalisé sur la propriété isolante de base des tissus pour résoudre un problème de longue date dans la communauté des appareils, ", résument Allison et elle. "Nous pensons que ce travail sera intéressant pour les ingénieurs d'appareils qui cherchent à explorer de nouvelles sources d'énergie pour l'électronique portable et les concepteurs intéressés par la création de vêtements intelligents."

Spécifiquement, ils ont créé leur thermopile tout en tissu en imprimant à la vapeur un polymère conducteur connu sous le nom de poly(3, 4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT-Cl) sur une forme à tissage serré et une forme à tissage moyen de tissu de coton commercial. Ils ont ensuite intégré cette thermopile dans un boîtier spécialement conçu, bracelet portable qui génère des thermo-tensions supérieures à 20 millivolts lorsqu'il est porté à la main.

Les chercheurs ont testé la durabilité du revêtement PEDOT-CI en frottant ou en lavant des tissus enduits dans de l'eau tiède et en évaluant les performances par micrographie électronique à balayage, qui montrait que le revêtement "ne craquait pas, décoller ou laver mécaniquement après avoir été lavés ou abrasés, confirmant la robustesse mécanique du PEDOT-CI imprimé à la vapeur."

Ils ont mesuré la conductivité électrique de surface des revêtements à l'aide d'une sonde sur mesure et ont découvert que le coton à tissage plus lâche présentait une conductivité plus élevée que le matériau à tissage plus serré. Les conductivités des deux tissus « sont restées en grande partie inchangées après le frottement et le lavage, " ajoutent-ils.

A l'aide d'une caméra thermique, ils ont établi que le poignet, la paume et le haut des bras des volontaires irradiaient le plus de chaleur, Andrew et Allison ont donc produit des bandes tricotées extensibles en tissu thermoélectrique qui peuvent être portées dans ces zones. Le côté extérieur exposé à l'air de la bande est isolé de la chaleur corporelle par l'épaisseur du fil, tandis que seul le côté non revêtu de la thermopile entre en contact avec la peau pour réduire le risque de réaction allergique au PEDOT-CI, soulignent-ils.

Les chercheurs notent que la transpiration a considérablement augmenté la sortie de thermotension du brassard extensible, ce qui n'était pas surprenant, comme le coton humide est connu pour être un meilleur conducteur de chaleur que les tissus secs, ils observent. Ils ont pu désactiver le transfert de chaleur à volonté en insérant une couche de plastique réfléchissant la chaleur entre la peau du porteur et le bracelet, également.

Globalement, ils disent, « Nous montrons que le processus de revêtement en phase vapeur réactive crée des thermopiles en tissu mécaniquement robustes » avec « des facteurs de puissance thermoélectrique particulièrement élevés » à de faibles différences de température par rapport aux dispositifs fabriqués traditionnellement. "Plus loin, nous décrivons les bonnes pratiques pour intégrer naturellement des thermopiles dans les vêtements, qui permettent de maintenir des gradients de température importants à travers la thermopile malgré une usure continue."