(PhysOrg.com) -- Ces bottes sont faites pour marcher... et pour alimenter votre téléphone portable ? Ça pourrait arriver, disent une équipe de scientifiques de Princeton et Caltech. Dans un article récent de la revue Lettres nano , ils rapportent qu'ils ont développé une puce en caoutchouc innovante qui a la capacité de récupérer de l'énergie à partir de mouvements tels que la marche, fonctionnement, et la respiration et la convertir en une source d'énergie.

Marquez un pour le corps électrique.

"Cela ouvre beaucoup de possibilités, " déclare Habib Ahmad, étudiant diplômé de Caltech, un co-auteur sur le papier. "Nous dissipons tous de l'énergie lorsque nous bougeons notre corps, et il est concevable que l'énergie puisse être utilisée pour charger de petits appareils électroniques comme un iPod ou un téléphone portable."

La clé de ce développement est une classe de matériaux appelés piézoélectriques, qui sont des substances - principalement cristallines et céramiques - qui répondent à une contrainte ou à une contrainte en produisant une charge, essentiellement convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. ("Piezo" dérive d'un mot grec, ce qui signifie serrer ou exercer une pression.)

« Les piézoélectriques existent depuis un certain temps, " dit Ahmad. " Le naturel le plus connu et le plus utilisé est le quartz. " ceux en céramique, beaucoup d'entre eux sont fabriqués par l'homme, produisent souvent plus de tension lorsqu'ils sont stressés, mais maintenir ce niveau de tension élevé nécessite généralement qu'ils soient cultivés sur une surface dure, ou substrat. Cela limite la souplesse avec laquelle ils peuvent répondre à la pression générée par, dire, un bras oscillant ou un pied qui marche.

Ahmad prépare actuellement son doctorat dans le laboratoire du professeur Gilloon de Caltech et professeur de chimie James Heath, où il développe des micro- et nanodispositifs - des instruments ultra-petits - qui peuvent aider à détecter et à diagnostiquer certains types de cancer. Il s'est impliqué dans un précurseur de la recherche piézoélectrique il y a quelques années lorsqu'il a collaboré avec le postdoctorant Heath Michael McAlpine pour tester une nouvelle technique mise au point par McAlpine pour transférer des nanofils de silicium d'un substrat rigide à un substrat en plastique.

"Fondamentalement, Mike voulait savoir si ces fils généreraient encore de la haute tension sur une surface flexible, " dit Ahmad " Construire des circuits électroniques et des capteurs sur des plastiques souples est un domaine assez nouveau, mais c'est celui qui a suscité beaucoup d'intérêt. J'ai donc construit une chambre qui a permis à Mike de contrôler quels gaz étaient exposés à la puce et à quelles concentrations, afin que nous puissions les détecter avec des capteurs nanométriques, et j'ai mis en place toute l'électronique de mesure et écrit un logiciel de collecte de données."

A l'été 2008, McAlpine est devenu professeur adjoint à Princeton, où il a étendu les techniques qu'il avait développées à Caltech aux matériaux piézoélectriques. Son équipe est devenue la première à fabriquer des bandes minuscules, ou nanorubans, d'un piézoélectrique céramique particulièrement puissant, titanate de zirconate de plomb (PZT), et de les transférer avec succès sur un substrat en caoutchouc de silicone.

"Mike m'a demandé de l'aider à tester le matériau sur une plaquette dure pour établir une tension de base, " dit Ahmad. Il a conçu et réalisé les dessins techniques des chambres utilisées pour tester les fils PZT, testé les circuits de collecte de données, et travaillé sur les chiffres pour le papier. Une fois ces tests terminés et les fils transférés sur la surface flexible, "L'équipe de Mike a de nouveau mesuré la tension et n'a trouvé pratiquement aucune dégradation des niveaux de tension."

« Qu'est-ce qui a rendu ce dernier résultat particulièrement excitant ? " dit Ahmad, « est-ce qu'un matériau piézoélectrique posé sur un substrat en caoutchouc est suffisamment malléable pour être porté avec un confort relatif dans votre chaussure ou comme un bandeau autour de votre bras ». Et parce que le PZT génère de l'énergie près de 100 fois plus efficacement que le quartz, "il a la capacité de profiter des mouvements naturels du corps tout au long de la journée."

Au-delà de la perspective attrayante de danser dans la maison pour alimenter votre iPod, il y a des applications plus sérieuses à l'horizon. « L'armée a montré beaucoup d'intérêt pour l'utilisation de piézoélectriques pour exploiter l'énergie, " dit Ahmad, et en fait, il a déjà expérimenté des implants de chaussures piézoélectriques qui se sont malheureusement avérés trop inconfortables pour les soldats à porter pendant un certain temps. Les puces en caoutchouc PZT pourraient bien résoudre le problème de confort, mais les chercheurs soulignent qu'il reste encore du travail à faire avant que leur invention puisse être mise en pratique à grande échelle dans les forces armées ou ailleurs.

"À l'heure actuelle, nous avons essentiellement une puce d'un centimètre avec environ 1, 000 fils emballés ensemble, ", dit Ahmad. « C’est une utilisation très efficace de l’espace, mais l'énergie produite est encore relativement minime. Mais il n'y a aucune raison, techniquement parlant, pourquoi cela ne peut pas être mis à l'échelle jusqu'à une surface de l'ordre de 2 pouces sur 2 pouces, ” à quel point vous pouvez commencer à regarder des applications du monde réel.

Bien que les matériaux piézoélectriques ne soient pas le domaine principal d'Ahmad, il a apprécié l'attention que les connotations bioniques de la recherche ont générée (c'est le cinquième article qu'il est co-auteur et son troisième avec McAlpine). De plus, en tant que scientifique soucieux d'appliquer la nanotechnologie à la biomédecine, il s'intéresse particulièrement au potentiel de l'œuvre là-bas. « Comme ces puces sont emballées dans du silicone, qui est généralement reconnu comme non toxique pour l'homme, il y a la possibilité d'implanter un jour ces dispositifs à l'intérieur du corps."

Une possibilité, disent les scientifiques, est que le mouvement pulmonaire généré par la respiration pourrait potentiellement être « récolté pour charger une batterie de stimulateur cardiaque, augmentant ainsi le temps nécessaire entre les interventions chirurgicales de remplacement de la batterie pour les patients."

"À l'heure actuelle, nous travaillons toujours sur la technologie fondamentale, ", dit Ahmad. "Mais les perspectives à plus long terme sont très excitantes."