क्या हम जल्द ही अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को पहनने योग्य ऊर्जा संग्रहकों से शक्ति प्रदान कर सकते हैं?

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को लचीला बनाना

स्मार्टफ़ोन के साथ, हम लगातार इलेक्ट्रॉनिक्स को अपने साथ ले जाने की आदत डाल चुके हैं। हालांकि, यह अभी भी धातु और प्लास्टिक के बड़े ब्लॉक से किया जाता है, जो हर साल बड़े और भारी होते जा रहे हैं।

अगला कदम होगा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को हमारे कपड़ों में अधिक सहजता से शामिल करना। यह पहले ही स्मार्टवॉच जैसे पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य स्वास्थ्य-केंद्रित पहनने योग्य उपकरणों के साथ शुरू हो चुका है।

एक कदम आगे, इलेक्ट्रॉनिक्स को सीधे हमारे कपड़ों में एकीकृत करना होगा। लेकिन इसके लिए इसे बहुत लचीला और हल्का होना चाहिए। इस दिशा में ठोस प्रगति हुई है:

• बेंडिंग स्क्रीन अब सैमसंग और हुआवेई द्वारा हाई-एंड स्मार्टफ़ोन में नियमित रूप से एकीकृत की जा रही हैं।
• बेंडेबल और स्ट्रेचेबल बैटरियां जो पॉलीमर से बनी हैं, विकसित की जा रही हैं।
• माइक्रोप्रोसेसर भी मोड़े जा सकते हैं।

तो, यदि स्क्रीन, बैटरियां और यहाँ तक कि प्रोसेसर अब लचीले और बेंडेबल हैं, तो हमें अभी भी क्या रोक रहा है कि पहनने योग्य उपकरणों को हमारे कपड़ों में एकीकृत किया जाए? उन्हें सभी को शक्ति प्रदान करना अभी भी एक गंभीर बाधा है।

लेकिन यह बदल सकता है, कोरियाई शोधकर्ताओं द्वारा डाएगु ग्योंगबुक इंस्टीट्यूट ऑफ़ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (DGIST), हन्नाम यूनिवर्सिटी, यॉन्सेई यूनिवर्सिटी, कोरिया एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ़ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (KAIST), कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ़ इंडस्ट्रियल टेक्नोलॉजी (KITECH) और जिओनबुक नेशनल यूनिवर्सिटी की खोज के धन्यवाद।

उन्होंने एक पहनने योग्य ऊर्जा संग्रहक विकसित किया जो पारंपरिक उपकरणों से 280 गुना अधिक कुशल है, एक नई प्रकार की पायज़ोइलेक्ट्रिक ऊर्जा संग्रहक का उपयोग करके।

यह ACS Nano में प्रकाशित हुआ, शीर्षक “स्ट्रेचेबल थ्री-डायमेंशनल इनऑर्गेनिक पायज़ोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर के लिए कर्वेचर-विशिष्ट कपलिंग इलेक्ट्रोड डिज़ाइन¹” के अंतर्गत।

ट्राइबोइलेक्ट्रिक और पायज़ोइलेक्ट्रिक उपकरण

ऊर्जा संग्रहक वे सिस्टम हैं जो गति से ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। मुख्यतः दो प्रकार होते हैं, जो ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव या पायज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर कार्य करते हैं।

ट्राइबोइलेक्ट्रिक जेनरेटर आमतौर पर इलेक्ट्रोस्टैटिक कहलाते हैं, या जब दो वस्तुएँ एक-दूसरे को छूती या सरकती हैं तो जो होता है। यह कुछ बिजली उत्पन्न कर सकता है लेकिन अक्सर इलेक्ट्रॉनिक्स को चलाने के लिए बहुत कमजोर होता है।

पायज़ोइलेक्ट्रिक वह प्रभाव है जिसमें मोड़ना, दबाना आदि जैसे यांत्रिक तनाव के जवाब में बिजली उत्पन्न होती है। अब तक, अधिकांश पायज़ोइलेक्ट्रिक ऊर्जा संग्रहक ऑर्गेनिक या कंपोज़िट-आधारित पायज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री से बनाए गए हैं, जिनकी ऊर्जा दक्षता कम होती है।

प्रो. जांग की टीम एक अन्य प्रकार की सामग्री का उपयोग कर रही थी: लीड ज़िरकोनेट टाइटेनेट (PZT)।

स्रोत: DGIST

PZT पायज़ोइलेक्ट्रिक जनरेटर

PZT को लंबे समय से उत्कृष्ट पायज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन के लिए जाना जाता है, लेकिन यह कठोर और नाज़ुक भी है। इसलिए, इसे स्ट्रेचेबल उपकरणों में उपयोग करना और गति पर निर्भर होकर शक्ति उत्पन्न करना पहनने योग्य उपकरणों के लिए एक टिकाऊ जनरेटर बनाने की संभावना नहीं थी।

इसलिए, शोधकर्ताओं ने इस बात पर विचार किया कि कैसे PZT-आधारित 3D संरचना डिज़ाइन की जाए जो विकृति के प्रति असंवेदनशील हो और पायज़ोइलेक्ट्रिक क्षमता को बनाए रखते हुए स्ट्रेचेबिलिटी की गारंटी दे।

पहला कदम था एक वक्र इलेक्ट्रोड बनाना जिसका उत्तल आकार हो और खींचे जाने पर शक्ति उत्पन्न करे।

स्रोत: ACS Nano

फिर उन्होंने इन इलेक्ट्रोडों की स्ट्रिंग्स को एक-दूसरे में इस तरह जोड़ दिया, जैसे कपड़े की जाली या बांस की टोकरी की जाल।

स्रोत: ACS Nano

समस्याओं का समाधान

चूंकि इलेक्ट्रोड आपस में जड़े हुए हैं, वे आसानी से एक-दूसरे को रद्द कर सकते हैं। इसे रोकने के लिए, इलेक्ट्रोड को उत्पन्न आउटपुट वोल्टेज की दिशा के अनुसार उत्तल और अवतल क्षेत्रों में विभाजित किया गया।

शोधकर्ताओं द्वारा घुटने, हाथ या यहाँ तक कि उंगलियों पर परीक्षण के अनुसार, शरीर की किसी भी गति से धारा उत्पन्न की जा सकती है।

स्रोत: ACS Nano

इससे एक अत्यधिक कुशल पायज़ोइलेक्ट्रिक जनरेटर बना, जो अत्यधिक स्ट्रेचेबिलिटी और इस प्रकार के किसी भी उपकरण के लिए सबसे अधिक करंट डेंसिटी दर्शाता है।

स्रोत: ACS Nano

“इस अत्यधिक कुशल स्ट्रेचेबल पायज़ोइलेक्ट्रिक ऊर्जा संग्रहक तकनीक का विकास इस शोध की एक बड़ी उपलब्धि है। हम उम्मीद करते हैं कि यह तकनीक व्यावसायीकरण के बाद उपयोगी होगी और पहनने योग्य ऊर्जा संग्रहकों के व्यावहारिक उपयोग की ओर ले जाएगी।”
Pr. Kyung-In Jang – DGIST Department of Robotics and Mechatronics Engineering

अनुप्रयोग

पहनने योग्य उपकरण

सबसे प्रत्यक्ष अनुप्रयोग होगा कपड़ों में एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स को हमारे चलने पर शक्ति देना, जैसे चलते समय।

यह पहनने योग्य उपकरणों के लिए उपयोगी हो सकता है, विशेषकर स्वास्थ्य मॉनिटरिंग डिवाइसों के लिए जो अब नियमित बैटरी चार्जिंग पर निर्भर नहीं रहेंगे।

चिकित्सा इम्प्लांट

एक विशेष प्रकार का इम्प्लांट इस प्रकार के जनरेटर से बहुत लाभान्वित हो सकता है: हृदय इम्प्लांट।

हृदय लगातार गति और संकुचन करता रहता है, जो ऐसे चिकित्सा इम्प्लांट्स के लिए एक स्थिर ऊर्जा स्रोत प्रदान कर सकता है।

शोधकर्ताओं ने इस अवधारणा का परीक्षण जनरेटर को पॉलीइमाइड फिल्म में एन्कैप्सुलेट करके किया। यह PZT को बायोफ्लुइड्स और टिश्यूज़ से प्रभावी रूप से अलग करने के लिए आवश्यक था, क्योंकि PZT विषाक्त हो सकता है।

स्रोत: ACS Nano

सैन्य

एक और अनुप्रयोग सैन्य क्षेत्र में हो सकता है, जहाँ पादरी बल अधिकाधिक पावर-हंग्री सेंसर, संचार, इलेक्ट्रॉनिक युद्ध आदि पर निर्भर होते जा रहे हैं।

और यह व्यावहारिक नहीं है कि लड़ाकू इकाइयों से अपेक्षा की जाए कि वे केबल और बैटरियों के जाल में नेविगेट करें। साथ ही, उन्हें पहले से ही अपने हथियार, गोला-बारूद, टेलीकॉम समाधान आदि संभालने होते हैं। सैनिकों की वर्दी में लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स से सीधे जुड़ा पायज़ोइलेक्ट्रिक जनरेटर एक अच्छा विकल्प हो सकता है।

पहनने योग्य उपकरणों में निवेश

पहनने योग्य तकनीक की अपेक्षा है कि 2022 में $61.2 बिलियन से 2030 तक 14.6% CAGR से बढ़ेगी।

स्रोत: Grand View Research

आप कई ब्रोकरों के माध्यम से पहनने योग्य-संबंधित कंपनियों में निवेश कर सकते हैं, और आप यहाँ, securities.io पर, USA, Canada, Australia, UK और कई अन्य देशों में सर्वश्रेष्ठ ब्रोकरों की हमारी सिफ़ारिशें पा सकते हैं।

यदि आप विशिष्ट कंपनियों को चुनने में रुचि नहीं रखते, तो आप iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) या SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE) जैसे ETFs में भी देख सकते हैं, जो बढ़ते पहनने योग्य और मेडिकल डिवाइस उद्योग से लाभ उठाने के लिए अधिक विविध एक्सपोज़र प्रदान करेंगे।

आप हमारे लेख \”Top 6 Medical Devices Stocks\” को भी देख सकते हैं।

पहनने योग्य उपकरण कंपनी

पहनने योग्य उपकरण बनाना

लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने का एक तरीका पॉलीमर का उपयोग है। दूसरा तरीका है बहुत लचीला और गैर-विषाक्त धातु, गैलियम, का उपयोग करना, जिसे हमने एक समर्पित निवेश रिपोर्ट में चर्चा की थी।

सौर ऊर्जा, पायज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अतिरिक्त, लचीले पहनने योग्य उपकरणों को भी चार्ज कर सकती है। यह या तो पेरोव्स्काइट सोलर सेल्स या अल्ट्रा-थिन ऑर्गेनिक फोटोवोल्टाइक तकनीक का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।

Philips एक प्रसिद्ध छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपभोक्ता ब्रांड (शेवर्स, इलेक्ट्रिक टूथब्रश) है, जो स्वास्थ्य देखभाल में भी समान रूप से सक्रिय है। यह 2022 में यूरोप में MedTech पेटेंट फाइलिंग के लिए #1 था।

यह पहनने योग्य उपकरणों से लेकर इमेजिंग, रेस्पिरेटर्स या मेडिकल रोबोट तक जुड़े मेडिकल उत्पादों में सक्रिय है। कंपनी सेमीकंडक्टर्स (जिसमें मैग्लेव तकनीक शामिल है) और हाई-टेक/रोबोटिक्स/ऑटोमेशन में भी सक्रिय है।

स्रोत: Philips

Philips के पहनने योग्य उपकरण हृदय, श्वसन और गतिविधि मेट्रिक्स को कवर करते हैं। इसके सेंसर स्मार्टवॉच, हेल्थ मॉनिटर, मेडिकल पैच और एक्टिविटी ट्रैकर में एकीकृत किए जा सकते हैं।

पहनने योग्य उपकरणों के संबंध में, Philips साझेदारी समाधान को प्राथमिकता देता है, जहाँ यह तृतीय पक्षों के लिए “उनके” जुड़े IoT (इंटरनेट ऑफ थिंग्स) मेडिकल डिवाइस विकसित करता है जो Philips के बाकी समाधानों के साथ पूरी तरह संगत होते हैं। इस संदर्भ में, यह अपने ग्राहकों को प्रोटोटाइपिंग, नियामक सलाह, एंड-टू-एंड प्रोडक्ट डेवलपमेंट और औद्योगिक-स्तर उत्पादन प्रदान करता है।

यह Philips को एक तकनीक-केंद्रित कंपनी बनाता है और मौजूदा मेडिकल डिवाइस में लचीले पायज़ोइलेक्ट्रिक जनरेटर्स जैसी नवाचारों को जल्दी से एकीकृत करने के संभावित उम्मीदवार बनाता है।

2023 में, Philips के उपकरण सीधे 1.82 बिलियन लोगों को प्रभावित कर रहे थे।

कंपनी एक पूरी तरह एकीकृत डिजिटल हेल्थकेयर पर्यावरण बनाना चाहती है, जहाँ सेंसर डिवाइसों से मेल खाते हों, और फिर कई कनेक्टिविटी समाधान का उपयोग करके Philips HealthSuite क्लाउड समाधान में एकीकृत हो और गहन डेटा एनालिटिक्स की अनुमति दे।

स्रोत: Philips

MedTech उद्योग के आपूर्तिकर्ता के रूप में, Philips अन्य अधिक प्रमुख कंपनियों की तुलना में इस क्षेत्र में उतना दिखाई नहीं देता। हालांकि, यह उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस और सेंसर बनाने में विशेषज्ञ है, अक्सर स्वास्थ्य देखभाल और पहनने योग्य उपकरणों में अपनी निच में संभव की सीमाओं को आगे बढ़ाता है।

जैसे-जैसे पहनने योग्य उपकरण स्वास्थ्य देखभाल और मेडिकल प्रोटोकॉल में अधिक एकीकृत हो रहे हैं, Philips का हेल्थकेयर सेक्शन समूह का हिस्सा बनते हुए संभवतः बढ़ेगा।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Yea, J., Ha, J., Lim, K. S., Lee, H., Oh, S., Jekal, J., Yu, T. S., Jung, H. H., Park, J.-U., Lee, T., Jeong, J.-W., Kim, H. J., Keum, H., Lee, Y. K., & Jang, K.-I. (2024). कर्वेचर-विशिष्ट कपलिंग इलेक्ट्रोड डिज़ाइन स्ट्रेचेबल थ्री-डायमेंशनल इनऑर्गेनिक पायज़ोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर के लिए। ACS Nano, 18(50), 34096–34106. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09933}