Í dag eru sjálfstæðir og sjálfknúnir skynjarar-beittir á ýmsum sviðum eins og Internet of Things (IoT), sjálfvirkni í iðnaði, snjallborgum og skipulagsheilsueftirliti (SHM). Innan þessa ramma hafa fræðilegar rannsóknir verið brautryðjandi fyrir sjálfbærar og hringlaga lausnir til að mæta kraftþörfum smækkaðra rafeindatækja.
Samkvæmt MEMS Consulting hafa vísindamenn við háskólann í Perugia á Ítalíu nýlega lagt til nýja aðferð til fjarmælinga á hitastigi líffræðilegra frumna og umhverfi þeirra. Þessi nálgun nýtir raforku sem safnað er úr einni flundruvöðvaþræði. Bjartsýni RLC hringrás er felld inn í frumuna, þar sem þétturinn þjónar bæði sem orkugeymslueining og hitaskynjari, sem nýtir eðlislæga hitanæmi hans. Tilraunagögn staðfestu að þróaða kerfið getur sent hitastig þráðlaust með því að nota orku sem safnað er úr frumuhimnunni og starfar innan líffræðilega viðeigandi sviðs (30 gráður til 50 gráður). Þessi sjálfknúni-hitaskynjari hefur möguleika á að auka líflæknisfræðilega skynjun og ó-ífarandi fjarhitaeftirlit. Rannsóknarniðurstöðurnar voru birtar í tímaritinu Nano Energy undir heitinu "Self-Powered Temperature Sensors Harnessing Membrane Potential of Living Cells."
Í þessari vinnu töldu vísindamenn að vöðvaþræðir geti hámarkað möguleika á himnugetu, þar sem hvíldarmöguleiki þeirra getur náð -90 mV. Þeir könnuðu að nýta himnugetu eina vöðvaþráða til að meta hagkvæmni þess að innleiða sjálf-knúna lífskynjaratækni. Bráðabirgðalíkingar af LTspice voru notaðar til að hanna þráðlaust samskiptakerfi sem getur mælt líffræðilega breytu vaxta-hitastigs. Í þessu skyni gerðu vísindamenn líkan og fínstilltu RLC hringrás þar sem sveiflutíðni er breytileg eftir hitastigi frumunnar. Þetta gerði kleift að búa til og prófa hitaskynjara sem knúnir eru beint af vöðvaþráðum eins og við fjölbreyttar tilraunaaðstæður, sem gerir kleift að meta heildarhagkvæmni þeirra og áreiðanleika.
Lífrafmagnsrafall og orkuöflunarrás
Með tilraunauppsetningu rannsakenda er hægt að virkja afbrigði í þéttum C1 til að nýta dempuðu sveiflutíðnina við mismunandi hitastig. Þar sem beinagrindarvöðvaþræðir eru til staðar um allan spendýralíkamann, gerir aðferð vísindamannanna kleift að græða sjálfknúinn hitaskynjara hvar sem er í mannslíkamanum. Þetta auðveldar vöktun og skilning á hitasveiflum innan frumunnar, sem geta haft veruleg áhrif á ýmis líffræðileg ferli-eins og fjölgun illkynja brjóstaæxla-eða fyrir samþættingu lífræna-vélmenna fyrir markvissa lyfjagjöf.
Tilraunauppsetning
Vísindamenn gerðu einnig tilraunaprófanir á orku sem myndast af líffræðilegum frumum. Þeir einangruðu flundruvöðva úr músum og settu innanfrumu rafskaut í eina trefja, sem sýndi fram á hagkvæmni þess að taka raforku beint úr frumuhimnunni. Við prófun söfnuðu þeir spennu upp á -60 mV og 2 µJ af raforku, sem var geymd í 1 mF þétti og að lokum notuð til að knýja aðgerðalausan skynjunarbúnað. Rannsakendur sýndu fram á að beinagrindarvöðvar virkuðu jafnvel betur en eggfrumur sem notaðar voru í fyrri rannsóknum.
Hleðsla þétta í gegnum flounder vöðvaþræði
Rannsakendur báru saman tilraunaniðurstöður við RLC hringrásarlíkan, sem sýndi gott samræmi milli mældra gagna og fræðilegra spá. Hins vegar getur lágspennan sem safnast er úr trefjum valdið áskorunum við að innleiða lág- rafeindaviðmót fyrir þráðlaus samskipti. Engu að síður notar ósjálfráði hitaskynjarinn, sem lagður er til í þessari rannsókn, sérstaklega valinn geymsluþétti sem er tengdur við líf-orkugjafann og getur átt samskipti við ytri móttakara á stuttu færi (10 mm).
Þessi hitaskynjari, þegar hann hefur verið kvarðaður, sendir hitastigsgögn með 160 Hz bandbreidd á bilinu frá stofuhita til líffræðilega viðeigandi hitastigs (30 gráður til 50 gráður). Framtíðarsmávæðing gæti virkjað hærri-hitaskynjun á tíðni, en þetta krefst vandlegrar hönnunar á orkunýtni rafrásarinnar til að lágmarka sníkjuviðnám og frekari orkudreifingu.
Eiginleikar hitaskynjara
Í stuttu máli hafa vísindamenn bent á möguleika líffræðilegra frumna sem orkugjafa fyrir lítil-líffræðileg-innbyggð forrit. Með því að virkja virkni lifandi frumna,-sérstaklega dýrafrumur (vöðvaþræðir)-er hægt að breyta efnaorku í raforku, sem gerir kleift að þróa sjálf-lífræna-innbyggða skynjara. Í samanburði við endurhlaðanlegar rafhlöður og tækni til uppskeru hreyfiorku býður þessi lausn upp á sérstaka kosti, sem ryður brautina fyrir framtíðarsamþættingu lífræns-innbyggðrar rafeindatækni í líffræðileg kerfi. Þessi tækni lofar því að koma á fót flokki lífrænna-sjálfstæðra skynjara sem geta haft bein samskipti við líffræðilegar frumur í lifandi lífverum. Frekari rannsóknir og þróun á þessu sviði munu stuðla að framförum í orkuuppskerutækni og þróun lífræns-innbyggðrar rafeindatækni.