Les récupérateurs d'énergie haptique vous permettent de devenir votre propre banque de batteries

Vous avez sûrement déjà entendu parler des termes « énergie haptique » ou « retour haptique ». Ce terme est fréquemment utilisé à l'ère des technologies portables. En 2024, un volume énorme de 534 millions d'unités portables ont été expédiées l'échelle mondiale.

Ces unités comprenaient une grande variété d'appareils électroniques tels que des montres intelligentes, des trackers d'activité, des écouteurs, des appareils de réalité étendue, c'est-à-dire, Casques VR et lunettes de réalité augmentéeAvec l’émergence de l’électronique portable, un paradigme de l’énergie haptique est apparu.

Au cours des quatre dernières décennies, la principale méthode de communication en électronique a été le retour sonore ou visuel, les principaux langages de communication étant le son et la lumière. Mais aujourd'hui, le retour haptique est devenu un autre moyen pour l'électronique de communiquer avec les êtres humains, en utilisant leur sens du toucher.

Smartphones, montres intelligentes, trackers de fitness : tous ces systèmes portables alimentés par batterie pourraient utiliser l’haptique. En tant qu’application, elle a sa place bien établie dans les applications grand public, industrielles et automobiles, telles que les smartphones, les tablettes, les souris, Distributeurs automatiqueset les systèmes d’infodivertissement automobiles. 

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs a appliqué avec succès L'énergie haptique au service des objets connectés¹. En parlant du but de leur recherche et de l'importance de ce qu'elle pourrait accomplir, Saad Khan, co-auteur correspondant et professeur INVISTA de génie chimique et biomoléculaire à NC State, a déclaré ce qui suit :

« Nous avons ensuite lancé une série d’expériences pour déterminer si nous pouvions utiliser des amphiphiles pour modifier des matériaux et les incorporer dans des récupérateurs d’énergie haptique. » 

Pour en savoir plus sur la recherche et ses réalisations, nous l’approfondirons dans le prochain segment. 

Compression d'amphiphiles assemblés sur une surface glissante pour des récupérateurs d'énergie haptique réglables

Source : Université d'État de Caroline du Nord

Les chercheurs ont réalisé qu’un défi récurrent dans l’extraction d’énergie du mouvement ambiant était que les appareils doivent maintenir une efficacité de récolte élevée et une expérience utilisateur positive lorsque leur interface subit une compression dynamique. Les chercheurs ont montré que les petits amphiphiles pourraient être utilisés pour ajuster les propriétés de frottement, d'haptique et de triboélectricité en les assemblant dans des conformations spécifiques à la surface des matériaux. Les amphiphiles sont des molécules souvent utilisées dans les produits de consommation pour réduire le frottement contre la peau humaine. Par exemple, ces molécules sont souvent incorporées dans les couches pour éviter les irritations. 

En parlant de la quête et des motivations qui l'ont motivée, Lilian Hsiao, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur associé de génie chimique et biomoléculaire à l'Université d'État de Caroline du Nord, a déclaré ce qui suit :

« Nous avons entrepris de développer un modèle qui nous donnerait une compréhension fondamentale détaillée de la manière dont différents amphiphiles affectent le frottement de surface de différents matériaux. »

Les chercheurs ont observé que les molécules qui formaient plusieurs plans de glissement sous pression, notamment par empilement π-π, produisaient 80 à 90 % de frottement inférieur à celles qui formaient des mésostructures désordonnées. En conséquence, les chercheurs ont proposé un cadre de mise à l'échelle pour leurs propriétés de réduction du frottement qui tient compte de l'adhésion et de la mécanique de contact.

Pour parvenir à leurs fins, les chercheurs ont constaté que les surfaces recouvertes d'amphiphiles tendaient à résister à l'usure et à générer une perception tactile distincte, les humains préférant les matériaux plus glissants. À un autre niveau, les chercheurs ont également pu améliorer la puissance triboélectrique grâce à l'utilisation d'amphiphiles à forte affinité électronique.

Les molécules capables de s’auto-organiser en plans glissants sous pression ont représenté un moyen simple de faire progresser le développement de capteurs d’énergie haptique à grande échelle. Pour expliquer cela en termes plus pratiques, les chercheurs ont découvert qu’il était possible d’utiliser des amphiphiles pour créer des tissus portables avec des surfaces glissantes qui procurent une sensation agréable sur la peau humaine. 

De plus, les chercheurs ont découvert que certains amphiphiles, en raison de leurs propriétés électroniques inhérentes, pouvaient fonctionner comme donneurs d’électrons. Ces amphiphiles donneurs d’électrons, une fois incorporés dans des matériaux portables, ont donné naissance à des matériaux confortables capables de générer de l’électricité par friction produite par frottement contre la peau humaine ou d’autres surfaces.  

En résumé, comme l’a souligné Hsiao, lors de leurs tests de validation de principe, les chercheurs ont découvert que ces matériaux amphiphiles étaient non seulement agréables au toucher, mais pouvaient également générer jusqu’à 300 volts, ce qui était remarquable pour un petit morceau de matériau.

Selon Saad Khan :

« Nous souhaitons faire davantage pour utiliser ces matériaux, par exemple en explorant comment ils peuvent être incorporés dans les dispositifs haptiques existants. Nous sommes ouverts à la collaboration avec des partenaires industriels pour identifier de nouvelles applications.

Si la recherche et son adoption industrielle doivent aller de pair, il existe plusieurs entreprises qui sont Nous sommes déjà engagés dans des recherches approfondies sur des produits qui permettraient de récupérer l'énergie du corps pour faire fonctionner des appareils technologiques portables. Dans les segments suivants, nous abordons quelques-unes de ces entreprises pionnières qui pourraient bénéficier de recherches comme celle dont nous avons parlé. 

1. PLC de Medtronic (MDT -0.74%)

L'une des entreprises avec lesquelles nous avons beaucoup travaillé La technologie portable est Medtronic. Ce grand géant public de la technologie médicale est être l’un des mieux placés pour exploiter les récupérateurs d’énergie haptique. 

L'une des offres les plus importantes de Medtronic est le BioButton, un dispositif portable multiparamétrique de qualité médicale conçu pour la surveillance intelligente des patients. Il fournit des données de tendance sur les principaux signes vitaux et les données biométriques, servant d'indicateur précoce du déclin de l'état du patient.

Conçu pour surveiller en continu les principaux indicateurs de déclin de l'état du patient, le moniteur peut mesurer la fréquence respiratoire au repos, la fréquence cardiaque au repos, la température cutanée et une série de données biométriques. Le dispositif portable a permis aux chercheurs d'explorer les données de tendance pour aider les cliniciens à identifier les patients qui pourraient avoir besoin d'une intervention clinique et ceux qui pourraient être prêts à sortir de l'hôpital.

En 2022, Medtronic a conclu un partenariat stratégique avec BioIntelliSense, une société de surveillance continue de la santé et d'intelligence clinique, pour les droits exclusifs de distribution du BioButton aux hôpitaux américains et de l'hôpital à domicile dans les 30 jours suivant l'intervention. 

Lors de l'annonce du partenariat, Frank Chan, Ph.D., président de l'activité Patient Monitoring, qui faisait partie du portefeuille médico-chirurgical de Medtronic, a déclaré ce qui suit :

« Notre vision est de fournir aux médecins et aux patients des informations exploitables pour personnaliser les soins, à tout moment et en tout lieu. Grâce à notre collaboration avec BioIntelliSense, nous allons soutenir des soins continus et connectés, de l'hôpital au domicile, et étendre notre portée pour aider plus de patients dans plus d'endroits que jamais auparavant. »

Étant l'une des entreprises de technologie médicale les plus importantes au monde, Medtronic est être les mieux placés pour bénéficier de recherches comme celles dont nous avons parlé. En mai 2024, Medtronic a annoncé résultats financiers pour son quatrième trimestre et son exercice 2024. La société a déclaré un chiffre d'affaires de 4 milliards de dollars au quatrième trimestre, soit une augmentation de 8.6 % en données publiées et de 0.5 % en organique. La société a déclaré un chiffre d'affaires de 5.4 milliards de dollars pour l'exercice 24, soit une augmentation de 32.4 % en données publiées et de 3.6 % en organique. 

2 Philips

À l’instar de Medtronic, Philips est un autre géant de la technologie qui a consacré beaucoup d’efforts à la recherche et au développement de technologies portables de pointe. Les solutions de surveillance portées par les patients de Philips donnent aux patients la liberté de se déplacer dans l’unité de soins ou dans l’hôpital.

Conçus pour le confort, les dispositifs Phillips portés par les patients utilisent la technologie sans fil pour transmettre les données et les alarmes là où elles sont nécessaires, comme dans une salle de soins centralisée, une zone d'observation à distance ou sur l'appareil mobile d'un soignant. Ces dispositifs offrent diverses capacités de mesure pour répondre aux besoins cliniques des patients en soins généraux et intermédiaires. 

Le nom de marque du produit est Intellivue MX40Les utilisateurs peuvent utiliser l'IntelliVue MX40 avec des piles AA jetables ou une seule batterie rechargeable Philips. L'appareil prend en charge la possibilité d'obtenir des informations ECG dérivées à 12 dérivations tout en surveillant en continu ST et QT, FAST SpO2 et la respiration par impédance. Avec jusqu'à 5 formats d'écran, les informations dont on a besoin sont facilement disponibles d'une simple pression.

L'appareil est doté d'une connexion sans fil à courte portée aux moniteurs IntelliVue pour capturer les signes vitaux ou pour une visualisation plus complète. L'appareil est doté d'un connecteur de câble unique conçu pour réduire l'accumulation de saleté et de liquides et d'un boîtier conçu pour résister aux désinfectants de haut niveau, y compris la stérilisation périodique.

Selon les dernières informations disponibles, en 2023, Philips a enregistré 18.2 milliards d'euros valeur des ventes avec une croissance des ventes comparables de 6 % et une marge EBITA ajustée de 10.6 % 

Alors que de grandes entreprises technologiques comme Medtronic et Philips développent des produits qui peuvent bénéficier considérablement des récupérateurs d’énergie haptique, plusieurs autres organismes de recherche travaillent dans le même sens. 

Dans les segments suivants, nous discutons de quelques-unes de ces études de recherche qui ont le potentiel de révolutionner les applications dans ce domaine.

Prototype électronique qui récupère l'énergie de la chaleur corporelle et la transforme en électricité

En septembre 2024, des chercheurs de l'Université de Washington ont annoncé le développement d'un prototype électronique flexible et durable, capable de capter l'énergie de la chaleur corporelle et de la transformer en électricité pour alimenter de petits appareils électroniques, tels que des batteries, des capteurs ou des LED. La résilience de l'appareil le rend utilisable même après avoir été percé plusieurs fois et étiré jusqu'à 2000 XNUMX fois. 

Selon l'auteur principal Mohammed MalakootiProfesseur adjoint de génie mécanique à l'UW :

« Lorsque vous placez cet appareil sur votre peau, il utilise la chaleur de votre corps pour alimenter directement une LED. Dès que vous mettez l'appareil, la LED s'allume. Ce « Ce n’était pas possible avant. »

Pour élaborer fonctionnellement, le dispositif comporte trois couches principales. La couche au centre comporte des semi-conducteurs thermoélectriques rigides qui convertissent la chaleur en électricité. Ces semi-conducteurs sont entourés par des composites imprimés en 3D à faible conductivité thermique, ce qui améliore la conversion d'énergie et réduit le poids de l'appareil.

De plus, pour assurer l'extensibilité, la conductivité et l'auto-réparation électrique, les semi-conducteurs sont connectés à des traces de métal liquide imprimées. De plus, les gouttelettes de métal liquide intégrées dans les couches extérieures améliorent le transfert de chaleur vers les semi-conducteurs et maintiennent la flexibilité car le métal reste liquide à température ambiante.

En parlant des avantages de la technologie et de son objectif plus large, Mohammad Malakooti a déclaré ce qui suit :

« Cela pourrait être particulièrement utile dans les centres de données, où les serveurs et les équipements informatiques consomment beaucoup d’électricité et génèrent de la chaleur, ce qui nécessite encore plus d’électricité pour les maintenir au frais. Nos appareils peuvent capter cette chaleur et la réutiliser pour alimenter des capteurs de température et d’humidité. »

Il a ajouté:

« Cette approche est plus durable, car elle crée un système autonome qui surveille les conditions tout en réduisant la consommation d'énergie globale. De plus, nul besoin de se soucier de la maintenance, du changement des batteries ou de l'ajout de nouveaux câbles. »

À l’avenir, les chercheurs sont optimistes quant à l’application de cette technologie dans les systèmes de réalité virtuelle et d’autres accessoires portables pour créer des sensations de chaud et de froid sur la peau ou améliorer le confort général. 

Trois ans plus tôt, en octobre 2021, des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder avaient réalisé une découverte similaire. Nous examinerons ces recherches dans le prochain segment.

Cliquez ici pour en savoir plus sur le tissu intelligent qui convertit la chaleur corporelle en énergie.

Un appareil portable qui transforme le corps en batterie

Des chercheurs de l'Université du Colorado à Boulder a mis au point un nouvel appareil portable à faible coût qui pourrait transformer le corps humain en une batterie biologique. 

L'un des atouts majeurs de cet appareil était sa souplesse, permettant de le porter comme une bague, un bracelet ou tout autre accessoire en contact avec la peau. Il exploitait la chaleur naturelle du corps humain grâce à des générateurs thermoélectriques qui convertissaient la température interne du corps en électricité. 

L'appareil pouvait générer environ 1 volt d'énergie pour chaque centimètre carré d'espace cutané, soit moins de tension par zone que ce que fournissent la plupart des batteries existantes, mais suffisant pour alimenter des appareils électroniques comme des montres ou des trackers d'activité. 

Les chercheurs ont utilisé une base fabriquée à partir d'un matériau extensible appelé polyimine et puis coincé une série de fines puces thermoélectriques dans cette base, les reliant toutes avec des fils de métal liquide. Le produit final ressemblait à un croisement entre un bracelet en plastique et une carte mère d'ordinateur miniature ou peut être une bague en diamant technique.  

La solution était suffisamment flexible pour que sa puissance soit être stimulé en ajoutant plus de blocs de générateurs. L'un des chercheurs a comparé la solution avec la façon dont nous traitons les Legos :

« C'est comme assembler plusieurs petites pièces de Lego pour créer une grande structure. Cela offre de nombreuses possibilités de personnalisation. »

Un film ultra-mince et flexible pour les appareils portables de nouvelle génération

Une recherche plus récente, menée par un équipe de l'Université de technologie du Queensland, a développé un film ultra-mince et flexible qui pourrait alimenter les appareils portables de nouvelle génération en utilisant la chaleur corporelle, éliminant ainsi le besoin de piles.

De plus, cette technologie pourrait refroidir les puces électroniques, aidant ainsi les smartphones et les ordinateurs à fonctionner plus efficacement.

Selon Professeur Zhi-Gang Chen, dont les nouvelles recherches de l'équipe a été publié dans la prestigieuse revue Science:

"Des dispositifs thermoélectriques flexibles peuvent être portés confortablement sur la peau où ils transforment efficacement la différence de température entre le corps humain et l'air ambiant en électricité.

En parlant de l'application potentielle de cette technologie, le professeur Chen a souligné qu'elle pourrait être appliquée dans un espace restreint, comme à l'intérieur d'un ordinateur ou d'un téléphone portable, pour aider à refroidir les puces et améliorer les performances. 

D’autres applications incluent la gestion thermique personnelle, où la chaleur corporelle pourrait alimenter un système de chauffage, de ventilation et de climatisation portable. Les chercheurs ont cité certains défis qui s’appliquent également à des innovations similaires. Ces défis incluent une flexibilité limitée, une fabrication complexe, des coûts élevés et des performances insuffisantes.

Cependant, la recherche dont nous discutons actuellement a proposé des solutions en matière de gestion des coûts. Alors que la plupart des recherches dans ce domaine se concentraient sur les thermoélectriques à base de tellurure de bismuth, appréciés pour leurs excellentes propriétés de conversion de la chaleur en électricité, l'équipe a introduit une technologie économique pour la fabrication de films thermoélectriques flexibles à l'aide de minuscules cristaux, ou « nano-liants », formant une couche homogène de feuilles de tellurure de bismuth, améliorant ainsi à la fois l'efficacité et la flexibilité.

Plus précisément, l’équipe a déployé la « synthèse solvothermale », une technique qui forme des nanocristaux dans un solvant sous haute température et pression, combinée à la « sérigraphie » et au « frittage ». 

Les chercheurs ont créé un film imprimable au format A4 avec des performances thermoélectriques record, une flexibilité exceptionnelle, une évolutivité et un faible coût. La méthode de sérigraphie a permis la production de films à grande échelle, tandis que le frittage a chauffé les films jusqu'à un point proche de la fusion, liant les particules entre elles.

La solution pourrait également fonctionner avec d’autres systèmes, tels que les thermoélectriques à base de séléniure d’argent, qui étaient l'éventualité moins cher et plus durable que les matériaux traditionnels.

Mots de conclusion

La gestion efficace de l’énergie est devenue le seuil le plus critique qui peut faire ou défaire une solution technologique. Les techniques de récupération d’énergie qui utilisent la chaleur corporelle pour alimenter les technologies portables sont l’approche la plus prometteuse dans cette direction, garantissant une efficacité sans nécessiter d’énergie ou de puissance externe. Les solutions résultant de ces efforts sont durables. Avec une adoption croissante, ce n’est désormais qu’une question de temps avant que ces solutions ne soient adaptées à une production commerciale à grande échelle, réduisant les coûts et améliorant la disponibilité.  

Référence de l'étude :

^{1. Jani, PK, Yadav, K., Derkaloustian, M., Koerner, H., Dhong, C., Khan, SA, & Hsiao, LC (2025). Compression d'amphiphiles assemblés sur une surface glissante pour des récupérateurs d'énergie haptique réglables. Science Advances, 11(3), eadr4088. https://doi.org/10.1126/sciadv.adr4088}