Mungkinkah Kita Segera Menyalakan Perangkat Elektronik Kita dengan Pengumpul Energi Wearable?

Membuat Perangkat Elektronik Fleksibel

Dengan smartphone, kita telah terbiasa membawa elektronik bersama kita setiap saat. Namun, hal ini masih dilakukan dengan blok logam dan plastik yang besar, yang justru menjadi semakin besar dan berat setiap tahunnya.

Langkah selanjutnya adalah mengintegrasikan perangkat elektronik ke dalam pakaian kita dengan lebih mulus. Hal ini sudah dimulai dengan elektronik wearable seperti jam tangan pintar dan wearable lain yang berfokus pada kesehatan.

Satu langkah lebih jauh lagi adalah mengintegrasikan elektronik langsung ke dalam pakaian kita. Namun untuk itu, harus sangat fleksibel dan ringan. Telah ada kemajuan signifikan dalam arah tersebut:

• Layar yang dapat ditekuk kini secara rutin diintegrasikan ke dalam smartphone kelas atas oleh Samsung dan Huawei.
• Baterai yang dapat dibengkokkan dan diregangkan yang terbuat dari polimer sedang dikembangkan.
• Microprocessor juga dapat dibengkokkan.

Jadi, jika layar, baterai, bahkan prosesor kini fleksibel dan dapat dibengkokkan, apa yang masih menghalangi kita untuk memiliki wearable yang terintegrasi ke dalam pakaian? Menyediakan daya untuk semuanya masih menjadi hambatan serius.

Namun hal ini mungkin berubah, berkat penemuan oleh peneliti Korea di Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Universitas Hannam, Universitas Yonsei, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), dan Universitas Nasional Jeonbuk.

Mereka mengembangkan pengumpul energi wearable yang 280 kali lebih efisien dibandingkan perangkat konvensional, dengan menggunakan jenis baru pengumpul energi piezoelektrik.

Itu dipublikasikan di ACS Nano, dengan judul “Desain Elektroda Kopling Spesifik Kelengkungan untuk Nanogenerator Piezoelektrik Anorganik Tiga Dimensi yang Dapat Diregangkan¹”.

Perangkat Triboelektrik dan Piezoelektrik

Pengumpul energi adalah sistem yang menghasilkan energi dari gerakan. Ada dua jenis utama, tergantung apakah mereka bekerja berdasarkan efek triboelektrik atau efek piezoelektrik.

Generator triboelektrik adalah apa yang umumnya disebut elektrostatik, atau apa yang terjadi ketika dua objek bersentuhan atau bergesekan satu sama lain. Ini dapat menghasilkan sedikit listrik tetapi sering terlalu lemah untuk menyalakan elektronik.

Piezoelektrik adalah efek menghasilkan listrik sebagai respons terhadap tekanan mekanik seperti membengkok, memeras, dll. Sampai kini, sebagian besar pengumpul energi piezoelektrik dibuat menggunakan bahan piezoelektrik organik atau berbasis komposit, yang memiliki efisiensi energi rendah.

Tim Prof. Jang menggunakan jenis material lain: lead zirconate titanate (PZT).

Sumber: DGIST

Generator Piezoelektrik PZT

PZT telah lama dikenal memiliki kinerja piezoelektrik yang sangat baik, tetapi juga keras dan rapuh. Oleh karena itu, menggunakannya dalam perangkat yang dapat diregangkan dan mengandalkan gerakan untuk menghasilkan daya tampaknya tidak mungkin menghasilkan generator yang tahan lama untuk wearable.

Jadi, para peneliti mempelajari cara merancang struktur 3D berbasis PZT yang tidak sensitif terhadap deformasi dan menjamin kemampuan meregang sambil mempertahankan kemampuan piezoelektrik.

Langkah pertama adalah membuat elektroda melengkung dengan bentuk cembung yang menghasilkan daya saat diregangkan.

Sumber: ACS Nano

Kemudian mereka merakit rangkaian elektroda ini satu sama lain, mirip dengan anyaman kain atau keranjang rotan.

Sumber: ACS Nano

Mengatasi Masalah

Karena elektroda saling bersilangan, mereka dapat dengan mudah meniadakan. Untuk menghindari hal ini, elektroda dibagi menjadi wilayah cembung dan cekung sesuai arah tegangan keluaran yang diinduksi.

Arus dapat dihasilkan oleh gerakan tubuh apa pun, seperti yang diuji oleh peneliti pada lutut, tangan, atau bahkan jari.

Sumber: ACS Nano

Ini menghasilkan generator piezoelektrik yang sangat efisien, menampilkan kemampuan meregang yang ekstrem serta densitas arus tertinggi untuk perangkat jenis ini.

Sumber: ACS Nano

“Mengembangkan teknologi pengumpul energi piezoelektrik yang dapat diregangkan dan sangat efisien ini merupakan pencapaian besar dari penelitian ini. Kami berharap teknologi ini menjadi berguna setelah komersialisasi dan memimpin penggunaan praktis pengumpul energi wearable.”

Prof. Kyung-In Jang – Departemen Robotika dan Rekayasa Mekatronik DGIST

Aplikasi

Wearable

Aplikasi paling langsung adalah menyalakan elektronik yang terintegrasi ke dalam pakaian saat kita bergerak, seperti saat berjalan.

Hal ini dapat berguna untuk perangkat wearable, terutama perangkat pemantauan kesehatan yang tidak lagi bergantung pada pengisian baterai secara reguler.

Implan Medis

Salah satu jenis implan khusus yang dapat sangat diuntungkan oleh generator jenis ini: implan jantung.

Jantung bergerak dan berkontraksi secara terus-menerus, yang dapat menyediakan sumber energi stabil bagi implan medis tersebut.

Para peneliti menguji konsep ini dengan membungkus generator dalam film poliimid. Hal ini diperlukan untuk secara efektif mengisolasi PZT dari biofluida dan jaringan, karena PZT dapat bersifat toksik.

Sumber: ACS Nano

Militer

Aplikasi lain dapat berada di bidang militer, dengan infanteri yang semakin bergantung pada sensor yang mengonsumsi banyak daya, komunikasi, perang elektronik, dll.

Dan tidak praktis bagi unit tempur untuk diharapkan menavigasi tumpukan kabel dan baterai. Pada saat yang sama, mereka sudah harus menangani senjata, amunisi, solusi telekomunikasi, dll. Generator piezoelektrik yang terhubung langsung ke elektronik fleksibel dalam seragam prajurit dapat menjadi alternatif yang baik.

Berinvestasi dalam Wearable

Teknologi wearable diperkirakan akan tumbuh sebesar 14,6% CAGR hingga 2030, dari $61,2 miliar pada 2022.

Sumber: Grand View Research

Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait wearable melalui banyak broker, dan di sini, di securities.io, kami menyediakan rekomendasi broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan tertentu, Anda juga dapat mempertimbangkan ETF seperti iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) atau SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), yang akan memberikan eksposur yang lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan pertumbuhan industri wearable dan perangkat medis.

Anda juga dapat melihat artikel kami “Top 6 Saham Perangkat Medis“.

Perusahaan Wearable

Membangun Wearable

Salah satu cara membangun elektronik fleksibel adalah dengan menggunakan polimer. Cara lain adalah menggunakan logam yang sangat fleksibel dan tidak beracun, gallium, yang kami bahas dalam laporan investasi khusus.

Energi surya, selain efek piezoelektrik, juga dapat mengisi wearable fleksibel. Hal ini dapat dicapai baik dengan menggunakan sel surya perovskit atau fotovoltaik organik ultra-tipis teknologi.

Philips adalah merek konsumen elektronik kecil yang terkenal (pencukur, sikat gigi listrik), yang juga aktif di bidang kesehatan. Philips menempati peringkat #1 dalam pengajuan paten MedTech di Eropa pada tahun 2022.

Perusahaan ini aktif dalam produk medis terhubung, mulai dari wearable hingga pencitraan, respirator, atau robot medis. Perusahaan juga aktif di bidang semikonduktor (termasuk teknologi maglev) dan teknologi tinggi/robotik/otomasi.

Sumber: Philips

Wearable Philips menawarkan pemantauan metrik jantung, pernapasan, dan aktivitas. Sensornya dapat diintegrasikan ke dalam jam tangan pintar, monitor kesehatan, patch medis, dan pelacak aktivitas.

Mengenai wearable, Philips lebih memilih solusi kemitraan, di mana mereka mengembangkan untuk pihak ketiga “perangkat IoT medis terhubung” yang sepenuhnya kompatibel dengan solusi Philips lainnya. Dalam konteks ini, mereka menawarkan kliennya layanan prototipe, konsultasi regulasi, pengembangan produk end-to-end, dan produksi skala industri.

Hal ini menjadikan Philips sebagai perusahaan yang berfokus pada teknologi dan kandidat potensial untuk dengan cepat mengintegrasikan inovasi seperti generator piezoelektrik fleksibel ke dalam perangkat medis yang ada.

Pada tahun 2023, perangkat Philips secara langsung memengaruhi 1,82 miliar orang.

Perusahaan ingin menciptakan lingkungan perawatan kesehatan digital yang terintegrasi sepenuhnya, di mana sensor cocok dengan perangkat, dan kemudian menggunakan berbagai solusi konektivitas untuk terintegrasi ke dalam solusi Philips HealthSuite Cloud serta memungkinkan analitik data mendalam.

Sumber: Philips

Sebagai pemasok industri MedTech, Philips tidak begitu terlihat di sektor ini dibandingkan perusahaan lain yang lebih menonjol. Namun, mereka ahli dalam membangun perangkat elektronik dan sensor berperforma tinggi, sering mendorong batas apa yang mungkin dalam niche mereka di bidang perawatan kesehatan dan wearable.

Dengan wearable yang semakin terintegrasi ke dalam perawatan kesehatan dan protokol medis, segmen Kesehatan Philips kemungkinan akan tumbuh sebagai bagian dari konglomerat.

Referensi Studi:

^{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). Desain Elektroda Kopling Spesifik Kelengkungan untuk Nanogenerator Piezoelektrik Anorganik Tiga Dimensi yang Dapat Diregangkan. ACS Nano, 18(50), 34096–34106. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09933}