Komputasi
Terobosan Perangkat Termoelektrik Siap Memajukan Wearables
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Sebuah tim riset dari Queensland University of Technology (QUT) telah mengembangkan film fleksibel dan sangat tipis untuk memberi daya pada perangkat wearable menggunakan hanya panas tubuh kita, sehingga menghilangkan kebutuhan akan baterai.
Teknologi baru ini juga dapat digunakan untuk mendinginkan chip elektronik di smartphone dan komputer, sehingga membantu mereka beroperasi lebih efisien serta meningkatkan stabilitasnya.
Terobosan ini, menurut Profesor Zhi-Gang Chen, direktur pendiri ARC Research Hub in Zero-emission Power Generation for Carbon Neutrality (ZeroPC), mengatasi tantangan utama dalam menciptakan perangkat termoelektrik yang mengubah panas tubuh menjadi listrik. Perangkat ini berpotensi menjadi sumber energi berkelanjutan untuk elektronik wearable.
Berbicara tentang perangkat termoelektrik fleksibel, Profesor Chen menjelaskan bahwa:
“Mereka dapat dipakai dengan nyaman di kulit dimana mereka secara efektif mengubah perbedaan suhu antara tubuh manusia dan udara sekitar menjadi listrik.”
Membangun Perangkat Wearable Termoelektrik yang Luar Biasa
Perangkat yang dapat mengubah panas tubuh menjadi energi, meskipun menjadi topik yang sangat menarik dan banyak dieksplorasi, saat ini menghadapi tantangan biaya tinggi, manufaktur yang kompleks, fleksibilitas terbatas, dan kinerja yang tidak memadai, yang menghalangi produksi massal dan adopsinya.
Dalam studi terbaru yang dipublikasikan di jurnal Science, tim QUT memperkenalkan metode hemat biaya untuk membuat film termoelektrik fleksibel. Untuk ini, mereka menggunakan kristal kecil atau ‘nanobinders’ yang membentuk lapisan konsisten dari lembaran bismuth telluride, meningkatkan fleksibilitas dan efisiensi.
Bismuth telluride (Bi2Te3) adalah bahan populer yang digunakan peneliti untuk membangun perangkat semacam itu. Bubuk abu-abu tersebut merupakan senyawa bismuth dan tellurium. Semikonduktor yang stabil secara kimia ini menunjukkan sifat luar biasa yang mengubah panas menjadi listrik, menjadikannya ideal untuk aplikasi daya rendah seperti monitor gerakan, detak jantung, dan suhu.
Jadi, tim QUT menciptakan film cetak berukuran A4 “dengan kinerja termoelektrik tertinggi yang pernah tercatat, fleksibilitas luar biasa, skalabilitas, dan biaya rendah, menjadikannya salah satu termoelektrik fleksibel terbaik yang tersedia,” kata Profesor Chen.
Film cetak dari tim QUT terdiri dari nanoplat berbasis Bi2Te3 sebagai butir-butir yang sangat terorientasi dan nanorod Te sebagai “nanobinders”.
Teknik yang digunakan di sini adalah “sintesis solvotermal,” yang membentuk nanokristal dalam pelarut pada suhu dan tekanan tinggi. Teknik ini dikombinasikan dengan “sintering,” yang memanaskan film hingga mendekati titik leleh untuk mengikat partikel bersama, dan “screen-printing,” yang memungkinkan produksi film dalam skala besar.
Metode yang digunakan tim juga dapat bekerja dengan sistem anorganik lain seperti termoelektrik berbasis silver selenide (Ag2Se), yang berpotensi lebih murah dan lebih berkelanjutan dibandingkan material konvensional, menunjukkan penerapan teknik yang luas.
“Fleksibilitas dalam material ini menunjukkan kemungkinan luas yang ditawarkan pendekatan kami untuk memajukan teknologi termoelektrik fleksibel.”
– Penulis pertama studi, Wenyi Chen
Perangkat, menurut studi, mencapai kerapatan daya ternormalkan >3 μW cm−2 K−2, yang tim nyatakan “menempati peringkat tertinggi di antara perangkat screen-printed.”
Dengan itu, penelitian terbaru menawarkan solusi kuat untuk wearable seperti smartwatch dan manajemen termal pribadi. Selain memberi daya pada wearable, perangkat termoelektrik ini juga dapat diterapkan di ruang sempit, seperti di dalam ponsel, untuk membantu mendinginkan chip dan meningkatkan kinerja.
Misalnya, ketika diterapkan di dalam perangkat, film dapat menurunkan suhu chip hingga 11,7 Kelvin, sehingga membantu mempertahankan kinerja optimal pada perangkat elektronik.
Jika tim berhasil meningkatkan kinerja perangkat listrik fleksibel ini, mereka akan dapat memberi daya secara langsung untuk smartphone masa depan, menyatakan Chen dalam video resmi berjudul, “Terobosan membawa perangkat wearable bertenaga panas tubuh semakin mendekati kenyataan,” yang diposting di saluran YouTube Universitas.
Aplikasi potensial lain dari perangkat ini meliputi sistem pendingin udara dan ventilasi. Tim riset QUT juga membayangkan penggunaan perangkat termoelektrik dalam pakaian pintar dan komponen otomotif.
Ini baru permulaan, meskipun; pada langkah berikutnya, tim akan fokus pada mengoptimalkan kinerja teknologi dan menskalakannya. Mengkomersialkan teknologi ini, pada akhirnya, memerlukan mengatasi tantangan efisiensi biaya pada skala besar, daya tahan, dan integrasi dengan perangkat yang ada.
Penelitian lebih lanjut dan pengembangan berkelanjutan akan membantu perangkat ini merevolusi efisiensi energi di berbagai sektor, mulai dari elektronik konsumen hingga aplikasi medis dan otomotif.
Klik di sini untuk mempelajari bagaimana wearable kesehatan meningkatkan perawatan preventif.
Kemajuan dalam Teknologi Wearable
Di dunia yang secara teknologi maju saat ini, perangkat wearable telah muncul sebagai inovasi yang populer dan sangat bermanfaat.
Wearable hanyalah perangkat elektronik seluler yang dirancang untuk dipakai di tubuh atau dipasang pada pakaian. Beberapa jenis teknologi wearable yang umum meliputi smartwatch, kacamata pintar, dan perhiasan pintar seperti cincin dan gelang. Perangkat ini melacak, menganalisis, dan mentransmisikan data pribadi.
Salah satu aplikasi paling menonjol dari wearable telah ditemukan di bidang kesehatan. Mereka dapat digunakan untuk memantau suhu tubuh, tekanan darah, detak jantung, dan tanda vital lainnya. Aplikasi perangkat ini juga meluas ke penyakit fisiologis seperti hipertensi dan gangguan otot serta gangguan neurokognitif seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson. Wearable juga digunakan sebagai sistem pengiriman obat, membantu mempersonalisasi perawatan kesehatan.
Berbagai jenis perangkat wearable saat ini sedang digunakan di bidang kesehatan. Ini mencakup perangkat wearable berbasis kulit seperti e-skin, rompi wearable, cincin pintar, earphone, dan perangkat berbasis biofluidik yang memanfaatkan air liur, air mata, dan urine.
Selain bidang kesehatan, wearable digunakan untuk berkomunikasi dengan orang lain, melakukan pembayaran, dan melacak tingkat aktivitas, serta sektor gaya hidup, game, olahraga, kebugaran, keamanan, dan pertahanan.
Selama bertahun-tahun, teknologi wearable telah berkembang dalam berbagai cara. Untuk memulai, peneliti dan perusahaan selalu mencari material yang lebih baik untuk membangun perangkat ini. Material fleksibel, dapat diregangkan, dan desain lembut serta ultra-tipis memungkinkan perangkat ini dipakai dengan nyaman dan mempertahankan fungsinya.
Misalnya, logam cair berbasis gallium, yang memiliki konduktivitas tinggi dan biokompatibilitas, memimpin dalam bioelektronik yang lebih cocok dengan tubuh.
Mengenai desain, teknologi telah berkembang signifikan dari cara konvensional, dengan fokus lebih pada integrasi mulus dengan tubuh manusia. E-tattoo adalah contoh yang bagus; mereka sangat tipis, elektronik lembut seperti kulit yang menyesuaikan diri dengan kulit dan dapat mendigitalkan informasi fisiologis dan psikologis secara non-invasif.
Miniaturisasi perangkat ini, bersama dengan elektronik cetak dan kain cerdas, telah menghasilkan sensor yang dapat memantau berbagai parameter fisik sementara elektroda ditanamkan dalam tekstil untuk mengukur aktivitas. Misalnya, sensor keringat wearable secara terus-menerus dan non-invasif memantau indikator kesehatan melalui keringat untuk mendukung kedokteran presisi.
Sumber: MDPI
Banyak kemajuan juga sedang dibuat dalam sensor kimia pintar wearable, yang semakin banyak diterapkan di bidang kesehatan, pemantauan lingkungan, dan penilaian keselamatan.
Berbagai pendekatan inovatif telah diambil dalam desain dan fabrikasi sensor, dengan satu sistem dirancang untuk mendeteksi NO2 dengan menggabungkan elektrolit polyvinyl alcohol/borax/agarose/NaNO3 dan elektroda multi-walled carbon nanotube pada lembaran nano emas. Sistem ini menunjukkan kinerja yang ditingkatkan dan kemampuan memperbaiki diri, menjadikannya sempurna untuk aplikasi wearable.
Mengatasi Keterbatasan Teknologi Wearable
Dengan semua inovasi ini membantu perangkat wearable menjadi lebih baik dan lebih efektif, mereka telah mengubah berbagai industri, terutama kesehatan. Namun, mereka masih mengalami keterbatasan seperti stabilitas dan privasi.
Misalnya, data yang diterima dari sensor pada wearable ini dapat mengalami distorsi dan kebisingan akibat gerakan tubuh yang konstan.
Baterai yang digunakan pada wearable menjadi tantangan signifikan lainnya. Keterbatasan sumber daya ini mendorong peneliti untuk mengeksplorasi berbagai solusi, seperti piezoelectric nanogenerators (PENG), yang berfungsi sebagai sensor mandiri, dan triboelectric nanogenerators (TENG), yang berperan sebagai pengumpul energi miniatur.
Generator termoelektrik, khususnya, telah mendapatkan banyak perhatian di bidang teknologi wearable. Pada tahun 2017, peneliti dari Zhejiang University dan Xidian University merilis sebuah makalah tentang desain generator termoelektrik wearable untuk memanen energi tubuh manusia.
Seperti penelitian terbaru, penelitian ini juga menggunakan material termoelektrik berbasis Bi2Te3 untuk membuat perangkat yang dapat menghasilkan tegangan 48 mV untuk perbedaan suhu 12 K. Ketika dipasang pada kulit pergelangan tangan manusia, daya output generator termoelektrik adalah 130,6 nW pada suhu lingkungan 25 °C, menunjukkan potensinya untuk memanen energi panas tubuh manusia dan pengembangan perangkat seluler wearable yang mandiri.
Sebuah studi lain membuat kemajuan dalam desain generator termoelektrik (TEG) untuk aplikasi pemanenan panas tubuh. Masalahnya, terdapat perbedaan suhu 10-15°C antara suhu tubuh dan suhu lingkungan, namun hanya sebagian kecil yang melewati TEG wearable karena resistansi termal kulit.
Untuk mengatasi tantangan pada TEG wearable, sebuah model analitis quasi-3D yang komprehensif dikembangkan, kemudian teknik pemrosesan microwave digunakan untuk mensintesis nanokomposit termoelektrik berkinerja tinggi, yang menghasilkan penurunan kuat konduktivitas termal dan menghasilkan TEG yang menunjukkan kerapatan daya 4-7 kali lebih tinggi dibandingkan TEG komersial pada tubuh manusia.
Hanya tahun ini saja, beberapa studi penelitian telah dikeluarkan yang berfokus pada perangkat termoelektrik untuk wearable.
Beberapa bulan lalu, peneliti dari University of Washington juga mengembangkan prototipe yang sangat fleksibel dan lembut yang dapat memanen energi dari panas tubuh dan mengubahnya menjadi listrik, yang kemudian dapat memberi daya pada elektronik kecil. Untuk perangkat termoelektrik fleksibel (TED) mereka, tim UW menggunakan arsitektur lunak 3D, semikonduktor kaku, komposit multifungsi, dan konduktor logam cair yang dapat menyembuhkan diri.
Selain pemanenan energi, fokus semua studi ini adalah pada pengembangan material termoelektrik ringan dan fleksibel, merancang permukaan yang dapat disesuaikan untuk berbagai bagian tubuh, meningkatkan fungsionalitas wearable, serta mencapai efisiensi biaya dan skalabilitas.
Pasar Wearable yang Berkembang Pesat
Kemajuan dalam teknologi wearable dan peningkatan fungsionalitas yang dihasilkan telah meningkatkan adopsi perangkat ini. Minat yang meningkat terhadap perangkat wearable diproyeksikan pasar akan tumbuh melewati $150 miliar sebelum dekade ini berakhir.
Pasar untuk wearable seperti smartwatch dan pelacak kebugaran, khususnya, telah meningkat selama beberapa waktu. Mereka benar-benar meledak selama pandemi ketika kesehatan pribadi menjadi fokus semua orang. Perangkat ini juga menambahkan semakin banyak metrik, dan seiring mereka mendekati perangkat medis, semakin banyak konsumen yang mengadopsinya.
Selain kebugaran dan kesehatan, raksasa teknologi menunjukkan minat khusus pada wearable realitas virtual, augmentasi, dan campuran (VR, AR & MR). Pakaian pintar dan e-tekstil juga menarik perhatian namun terus menghadapi tantangan dalam hal skalabilitas manufaktur dan ekonomi produk.
Menariknya, pasar layanan pembayaran wearable diperkirakan tumbuh dengan kecepatan kuat, dengan CAGR sebesar 13,6% menjadi $120 miliar. Pertumbuhan ini didorong oleh adopsi near-field communication (NFC) pada smartphone, pelacak kebugaran, dan wearable lainnya,
Jenis produk teknologi wearable lebih lanjut meliputi patch kulit elektronik, tali dada, lensa kontak pintar, dan kamera wearable, yang juga menarik.
Menurut laporan terbaru, pengiriman perangkat wearable secara global diperkirakan tumbuh lebih dari 6% tahun ke tahun (YoY) tahun ini menjadi hampir 538 juta unit. Pertumbuhan ini didorong oleh ekonomi yang membaik dan adopsi wearable yang meningkat di wilayah berkembang.
Namun, pertumbuhan ini akan tidak merata di seluruh sektor, dengan wearable, yang mewakili lebih dari 60% pasar wearable, diperkirakan akan mengalami peningkatan seiring harga stabil. Smartwatches, sementara itu, diperkirakan akan mengalami penurunan 3%, penurunan YoY pertama, meskipun mereka diproyeksikan untuk kembali tumbuh 4,8% tahun depan. Hal ini disebabkan oleh kenaikan harga dan perubahan desain yang minimal.
Perangkat Wearable yang Muncul
Ketika membahas perangkat wearable yang muncul, sektor kebugaran dan kesehatan memimpin.
Di bidang kesehatan, perangkat electrocardiogram (ECG) wearable, yang hadir dalam bentuk smartwatch dan patch, mengubah perawatan jantung jarak jauh. Perangkat ini terhubung dengan aplikasi yang menyimpan data ECG, yang dapat ditinjau dokter secara remote dan kemudian memberikan manajemen kesehatan proaktif, menghasilkan gaya hidup lebih sehat.
Wearable saat ini juga memungkinkan pengumpulan terus-menerus tanda vital dengan bantuan sensor canggih yang memberikan data real-time tentang pemakainya. Misalnya, pemantauan glukosa kontinu (CGM) menawarkan wawasan real-time tentang kadar gula darah, memungkinkan pasien memantau kesehatan mereka langsung dari kenyamanan rumah.
Fokus yang meningkat di antara perusahaan juga terlihat pada monitor detak jantung. Smartwatch seperti Casio G-Shock Rangeman dilengkapi dengan monitor detak jantung untuk mendeteksi gerakan tubuh secara akurat serta perubahan lingkungan alami dengan bantuan GPS dan sensor. Kemudian ada Garmin‘s (GRMN ) monitor detak jantung, yang memiliki desain nyaman memungkinkan wanita menjepitnya langsung pada bra olahraga mereka.
Seperti yang kita lihat, kemudahan akses jelas menjadi fokus utama bagi perusahaan teknologi yang mengembangkan wearable. Hal ini juga berlaku untuk cincin pintar Oura, yang dapat dipakai pada jari. Cincin ini dilengkapi dengan akselerometer 3D untuk menentukan gerakan, sensor NTC untuk mengamati suhu tubuh, dan sensor PPG untuk melacak detak jantung.
Kemudian ada Evie Smart Ring, yang mengadopsi pendekatan women-first dalam desainnya dengan memungkinkan pelacakan tidur, kesehatan jantung, dan siklus menstruasi. Biosensor wearable, sementara itu, menawarkan jalur menjanjikan untuk manajemen stres dengan mendeteksi perubahan halus pada biomarker seperti kadar kortisol.
Perusahaan juga membuat headphone yang membimbing pemakai selama latihan, sementara sarung tangan khusus seperti GyroGlove dibuat untuk pasien Parkinson guna mengurangi tremor dan meningkatkan kualitas hidup.
Di dunia hiburan, wearable seperti Xreal Air memungkinkan pengguna menonton konten dan bermain game, sementara Meta‘s (META ) kacamata pintar memungkinkan pembuatan dan berbagi konten. Kemudian ada wearable seperti Ai Pin, yang berjalan pada prosesor Qualcomm (QCOM ) delapan inti 2,1 GHz dan dapat mengambil foto, mengirim pesan teks, dan menjawab panggilan.
Klik di sini untuk mempelajari tentang anting termal.
Perusahaan yang Menguasai Sektor Wearable
Sekarang, ketika membahas perusahaan, Apple (AAPL ) telah memimpin sektor berkat portofolio produk pintar yang kuat seperti Apple Watch. Metri kesehatan utama yang dicakup oleh jam tersebut meliputi detak jantung, laju pernapasan, suhu pergelangan tangan, kadar oksigen dalam darah, dan durasi tidur.
AAPL Grafik Harga
Perusahaan terbesar di dunia berdasarkan kapitalisasi pasar $3,75 triliun saat ini memiliki saham yang diperdagangkan pada $248, naik 28,88% tahun ini. Apple memiliki EPS (TTM) 6,07 dan P/E (TTM) 40,88 dengan dividen 0,40%. Untuk kuartal yang berakhir 28 September 2024, di mana perusahaan meluncurkan lini iPhone 16, AirPods 4, dan Apple Watch Series 10 dengan fitur kesehatan pendengaran dan deteksi apnea tidur, raksasa teknologi tersebut memposting pendapatan sebesar $94,9 miliar.
Sementara itu, Google menguasai pasar wearable melalui Fitbit, yang diakuisisinya pada 2021. Perusahaan China Huawei juga meluncurkan sistem TruSense tahun ini untuk memberi daya pada wearable yang akan datang. Nama-nama penting lainnya di bidang ini meliputi Samsung Group , Sony Corporation (SONY ), Microsoft (MSFT ), dan Garmin.
Kesimpulan
Teknologi wearable adalah pasar yang berkembang pesat dan menarik banyak minat serta pengembangan. Lebih lagi, terobosan dalam teknologi termoelektrik, seperti yang dicapai oleh tim QUT, membuka jalan menuju masa depan yang lebih maju di mana perangkat ini tidak lagi bergantung pada baterai, sehingga menghasilkan wearable yang ringan dan lebih efisien.
Namun meskipun semua kemajuan dalam material dan desain ini mendorong pasar wearable global, masih ada tantangan terkait biaya, skalabilitas, dan daya tahan. Hanya melalui inovasi lebih lanjut, kolaborasi berkelanjutan, dan peningkatan investasi bahwa semua terobosan ini dapat diterapkan dalam aplikasi praktis dan diintegrasikan ke dalam kehidupan sehari-hari!
Klik di sini untuk daftar perusahaan pelacakan kesehatan wearable teratas untuk diinvestasikan.
