Les scientifiques ont développé une approche humaine, capteur organique ultra flexible alimenté par la lumière du soleil, qui agit comme un moniteur cardiaque auto-alimenté. Précédemment, ils ont développé une cellule photovoltaïque flexible qui pourrait être incorporée dans des textiles. Dans cette étude, ils ont directement intégré un dispositif sensoriel, appelé transistor électrochimique organique - un type d'appareil électronique qui peut être utilisé pour mesurer une variété de fonctions biologiques - dans une cellule solaire organique flexible. En l'utilisant, ils ont ensuite pu mesurer les battements cardiaques de rats et d'humains dans des conditions de lumière vive.

Les dispositifs auto-alimentés qui peuvent être installés directement sur la peau ou les tissus humains ont un grand potentiel pour les applications médicales. Ils pourraient être utilisés comme capteurs physiologiques pour la surveillance en temps réel de la fonction cardiaque ou cérébrale dans le corps humain. Cependant, la réalisation pratique a été impraticable en raison de l'encombrement des batteries et d'une alimentation électrique insuffisante, ou en raison d'interférences sonores provenant de l'alimentation électrique, entravant la conformabilité et le fonctionnement à long terme.

L'exigence clé pour de tels dispositifs est un approvisionnement en énergie stable et adéquat. Une avancée clé dans cette étude, Publié dans La nature , est l'utilisation d'une surface de nano-grille sur les absorbeurs de lumière de la cellule solaire, permettant une efficacité de photo-conversion élevée (PCE) et une indépendance de l'angle lumineux. Grâce à ça, les chercheurs ont pu atteindre un PCE de 10,5% et un rapport puissance/poids élevé de 11,46 watts par gramme, approchant le « chiffre magique » de 15 % qui rendra le photovoltaïque organique compétitif par rapport à ses homologues à base de silicium. Ils ont démontré une diminution du PCE de seulement 25 % (de 9,82 % à 7,33 %) lors d'un test de compression répétitif (900 cycles) et un gain de PCE supérieur de 45 % par rapport aux dispositifs sans réseau sous un angle d'éclairage de 60 degrés.

Pour démontrer une application pratique, des dispositifs sensoriels appelés transistors électrochimiques organiques ont été intégrés à des cellules solaires organiques sur un substrat ultra-mince (1 µm), pour permettre la détection autoalimentée des battements cardiaques soit sur la peau, soit pour enregistrer des signaux électrocardiographiques (ECG) directement sur le cœur d'un rat. Ils ont constaté que l'appareil fonctionnait bien à un niveau d'éclairage de 10, 000 lux, ce qui équivaut à la lumière que l'on voit lorsqu'on est à l'ombre par temps clair et ensoleillé, et a connu moins de bruit que les appareils similaires connectés à une batterie, probablement à cause du manque de fils électriques.

Selon Kenjiro Fukuda du RIKEN Center for Emergent Matter Science, « C'est un bon pas en avant dans la quête pour fabriquer des dispositifs de surveillance médicale autoalimentés pouvant être placés sur des tissus humains. Il reste des tâches importantes à accomplir, tels que le développement de dispositifs de stockage d'énergie flexibles, et nous continuerons à collaborer avec d'autres groupes pour produire des dispositifs pratiques. Surtout, pour les expérimentations en cours nous avons travaillé sur la partie analogique de notre appareil, qui alimente l'appareil et effectue la mesure. Il existe également une partie numérique à base de silicium, pour la transmission de données, et des travaux supplémentaires dans ce domaine contribueront également à rendre ces dispositifs pratiques. » La recherche a été menée par RIKEN en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Tokyo.