Heddiw, mae synwyryddion ymreolaethol a hunan-bweru yn cael eu cymhwyso ar draws meysydd amrywiol fel Rhyngrwyd Pethau (IoT), awtomeiddio diwydiannol, dinasoedd clyfar, a monitro iechyd strwythurol (SHM). O fewn y fframwaith hwn, mae ymchwil academaidd wedi arloesi atebion cynaliadwy a chylchol i fodloni gofynion pŵer dyfeisiau electronig bach.
Yn ôl MEMS Consulting, mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Perugia, yr Eidal, wedi cynnig dull newydd yn ddiweddar ar gyfer mesur tymheredd o bell celloedd biolegol a'u hamgylchedd. Mae'r dull hwn yn defnyddio ynni trydanol a gynaeafir o un ffibr cyhyr lleden. Mae cylched RLC wedi'i optimeiddio wedi'i hymgorffori yn y gell, lle mae'r cynhwysydd yn gweithredu fel uned storio ynni a synhwyrydd tymheredd, gan ysgogi ei sensitifrwydd thermol cynhenid. Cadarnhaodd data arbrofol y gall y system ddatblygedig drosglwyddo tymheredd yn ddi-wifr gan ddefnyddio ynni a gynaeafwyd o'r gellbilen ac mae'n gweithredu o fewn yr ystod berthnasol yn fiolegol (30 gradd i 50 gradd). Mae gan y synhwyrydd tymheredd hunan-bwer hwn botensial ar gyfer gwella synhwyro biofeddygol a monitro tymheredd o bell anfewnwthiol. Cyhoeddwyd canfyddiadau'r ymchwil yn y cyfnodolyn Nano Energy o dan y teitl "Hunan-Synwyryddion Tymheredd Pŵer yn Harneisio Potensial Pilenni o Gelloedd Byw."
Yn y gwaith hwn, roedd ymchwilwyr o'r farn y gall ffibrau cyhyrau wneud y mwyaf o'r gwahaniaeth potensial pilen, gan y gall eu potensial gorffwys gyrraedd -90 mV. Buont yn archwilio defnyddio potensial bilen ffibrau cyhyr unig i asesu dichonoldeb gweithredu technoleg biosynhwyrydd hunan-bweru. Defnyddiwyd efelychiadau LTspice rhagarweiniol i ddylunio system gyfathrebu diwifr a allai fesur y paramedr biolegol o ddiddordeb-tymheredd. I'r perwyl hwn, mae ymchwilwyr wedi modelu ac optimeiddio cylched RLC y mae ei amlder osciliad yn amrywio gyda thymheredd cellog. Roedd hyn yn galluogi cynhyrchu a phrofi synwyryddion tymheredd sy'n cael eu pweru'n uniongyrchol gan ffibrau cyhyr unig o dan amodau arbrofol amrywiol, gan ganiatáu gwerthuso eu heffeithlonrwydd a'u dibynadwyedd cyffredinol.
Cynhyrchydd Biodrydan a Chylchdaith Cynaeafu Ynni
Trwy osodiadau arbrofol yr ymchwilwyr, gellir harneisio amrywiadau mewn cynhwysydd C1 i ddefnyddio amlder osciliad llaith ar wahanol dymereddau. Gan fod ffibrau cyhyr ysgerbydol yn bresennol ym mhob rhan o'r corff mamalaidd, mae dull yr ymchwilwyr yn galluogi mewnblannu synhwyrydd tymheredd hunan-bweru unrhyw le yn y corff dynol. Mae hyn yn hwyluso monitro a dealltwriaeth o amrywiadau mewn tymheredd mewngellol, a all fod â goblygiadau sylweddol i brosesau biolegol amrywiol-megis amlder tiwmorau malaen y fron{5}}neu ar gyfer integreiddio biobotiaid ar gyfer cyflenwi cyffuriau wedi'u targedu.
Gosodiad Arbrofol
Cynhaliodd ymchwilwyr hefyd brofion arbrofol ar ynni a gynhyrchir gan gelloedd biolegol. Fe wnaethant ynysu cyhyr lleden oddi wrth lygod a gosod electrod mewngellol i mewn i un ffibr, gan ddangos dichonoldeb cynaeafu egni trydanol yn uniongyrchol o'r gellbilen. Yn ystod y profion, casglwyd foltedd o -60 mV a 2 µJ o ynni trydanol, a oedd yn cael ei storio mewn cynhwysydd 1 mF ac a ddefnyddiwyd yn y pen draw i bweru dyfais synhwyro goddefol. Dangosodd yr ymchwilwyr fod cyhyr ysgerbydol yn perfformio hyd yn oed yn well na'r oocytes a ddefnyddiwyd mewn astudiaethau blaenorol.
Gwefru cynhwysydd trwy ffibrau cyhyrau lleden
Cymharodd ymchwilwyr ganlyniadau arbrofol gyda model cylched RLC, gan ddatgelu cytundeb da rhwng data mesuredig a rhagfynegiadau damcaniaethol. Fodd bynnag, gall y foltedd isel sy'n cael ei gynaeafu o'r ffibrau achosi heriau o ran gweithredu rhyngwynebau electronig pŵer isel ar gyfer cyfathrebu diwifr. Serch hynny, mae'r synhwyrydd tymheredd ymreolaethol a gynigir yn yr astudiaeth hon yn defnyddio cynhwysydd storio a ddewiswyd yn benodol sy'n gysylltiedig â'r generadur ynni bio a gall gyfathrebu â derbynnydd allanol yn agos (10 mm).
Mae'r synhwyrydd tymheredd hwn, ar ôl ei galibro, yn trosglwyddo data tymheredd ar led band 160 Hz ar draws yr ystod o dymheredd ystafell i dymereddau sy'n berthnasol yn fiolegol (30 gradd i 50 gradd). Gallai miniatureiddio yn y dyfodol alluogi synhwyro tymheredd amledd uwch, ond mae hyn yn gofyn am ddylunio effeithlonrwydd ynni'r gylched electronig yn ofalus i leihau ymwrthedd parasitig a gwasgariad egni pellach.
Nodweddion Synhwyrydd Tymheredd
I grynhoi, mae ymchwilwyr wedi tynnu sylw at botensial celloedd biolegol fel ffynonellau ynni ar gyfer cymwysiadau bio-ar raddfa fach-fewnosodedig. Trwy harneisio ymarferoldeb celloedd byw-yn enwedig celloedd anifeiliaid (ffibrau cyhyr)-gall ynni cemegol gael ei drawsnewid yn ynni trydanol, gan alluogi datblygiad synwyryddion bio{6} wedi eu pweru eu hunain. O'i gymharu â batris y gellir eu hailwefru a thechnolegau cynaeafu ynni cinetig, mae'r datrysiad hwn yn cynnig manteision amlwg, gan baratoi'r ffordd ar gyfer integreiddio bio-electroneg mewn systemau biolegol yn y dyfodol. Mae'r dechnoleg hon yn addo sefydlu dosbarth o fio-synwyryddion ymreolaethol sy'n gallu rhyngweithio'n uniongyrchol â chelloedd biolegol o fewn organebau byw. Bydd ymchwil a datblygiad pellach yn y maes hwn yn cyfrannu at ddatblygiadau mewn technegau cynaeafu ynni ac esblygiad bio-electroneg wedi'i fewnosod.