Computing
Pag-usbong ng Thermoelectric Device na Magpapalago sa mga Wearable
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Isang pangkat ng pananaliksik mula sa Queensland University of Technology (QUT) ang nakabuo ng isang flexible at napakamanipis na pelikula upang magbigay ng enerhiya sa mga wearable device gamit lamang ang init ng ating katawan, kaya inaalis ang pangangailangan ng mga baterya.
Ang bagong teknolohiyang ito ay maaari ring magamit upang palamigin ang mga electronic chip sa mga smartphone at computer, na tumutulong sa kanila na tumakbo nang mas mahusay at pinapalakas ang kanilang katatagan.
Ayon kay Propesor Zhi-Gang Chen, ang nagtatag na direktor ng ARC Research Hub sa Zero-emission Power Generation for Carbon Neutrality (ZeroPC), ang breakthrough ay tumutugon sa isang pangunahing hamon sa paglikha ng thermoelectric device na nagko-convert ng init ng katawan sa enerhiya. Ang device ay may potensyal na maging isang napapanatiling pinagmumulan ng enerhiya para sa mga wearable electronics.
Sa pagtalakay sa flexible na thermoelectric devices, ipinaliwanag ni Propesor Chen na:
“Maaari silang isuot nang kumportable sa balat kung saan epektibong binabago nila ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng katawan ng tao at ng nakapaligid na hangin tungo sa kuryente.”
Pagbuo ng Natatanging Thermoelectric Wearable Device
Ang mga device na maaaring mag-convert ng init ng katawan sa enerhiya, bagaman isang paksa ng malaking interes at pagsasaliksik, ay kasalukuyang humaharap sa hamon ng mataas na gastos, komplikadong paggawa, limitadong flexibility, at hindi sapat na pagganap, na pumipigil sa mass production at pag-aampon nito.
Pinagmulan: Queensland University of Technology
Sa pinakabagong pag-aaral na inilathala sa journal na Science, ipinakilala ng pangkat ng QUT ang isang cost-effective na pamamaraan para lumikha ng flexible na thermoelectric films. Para dito, gumamit sila ng maliliit na kristal o ‘nanobinders’ na bumubuo ng isang pare-parehong patong ng mga bismuth telluride sheet, na nagpapataas ng parehong flexibility at kahusayan.
Ang bismuth telluride (Bi2Te3) ay isang popular na materyal na ginagamit ng mga mananaliksik upang bumuo ng ganitong mga device. Ang kulay-abo na pulbos ay isang compound ng bismuth at tellurium. Ang kemikal na matatag na semiconductor ay nagpapakita ng mahusay na katangian na nagko-convert ng init sa kuryente, kaya ito ay perpekto para sa low-power na mga aplikasyon tulad ng paggalaw, heart rate, at temperature monitor.
Kaya, lumikha ang pangkat ng QUT ng isang printable na pelikula na may sukat na A4 “na may record-high na thermoelectric performance, natatanging flexibility, scalability, at mababang gastos, na ginagawa itong isa sa pinakamahusay na flexible thermoelectrics na magagamit,” ayon kay Propesor Chen.
Ang printable na pelikula mula sa pangkat ng QUT ay binubuo ng Bi2Te3-based na nanoplates bilang mataas na orientadong butil at Te nanorods bilang “nanobinders.”
Ang teknik na ginamit dito ay “solvothermal synthesis,” na bumubuo ng nanocrystals sa isang solvent sa ilalim ng mataas na temperatura at presyon. Ang teknik na ito ay pinagsama sa “sintering,” na nagpapainit sa mga pelikula hanggang sa halos matunaw na punto upang pagdikitin ang mga particle, at “screen-printing,” na nagpapahintulot ng malakihang produksyon ng pelikula.
Ang metodong ginamit ng pangkat ay maaari ring gumana sa iba pang inorganic na sistema tulad ng silver selenide (Ag2Se)-based na thermoelectrics, na posibleng mas mura at mas napapanatili kaysa sa tradisyunal na mga materyales, na nagpapakita ng malawak na aplikasyon ng teknik.
“Ang flexibility na ito sa mga materyales ay nagpapakita ng malawak na posibilidad na inaalok ng aming pamamaraan para sa pagpapalago ng flexible thermoelectric technology.”
– Ang unang may-akda ng pag-aaral, Wenyi Chen
Ayon sa pag-aaral, ang device ay nakamit ang normalized power density na >3 μW cm−2 K−2, na sinasabi ng pangkat na “nasa pinakamataas na ranggo sa mga screen-printed na device.”
Sa ganitong paraan, ang pinakabagong pananaliksik ay nag-aalok ng makapangyarihang solusyon para sa mga wearable tulad ng smartwatches at personal thermal management. Bukod sa pagpapalakas ng mga wearable, ang mga thermoelectric device na ito ay maaari ring ilapat sa masikip na espasyo, tulad ng loob ng isang mobile phone, upang tumulong magpalamig ng mga chip at mapabuti ang pagganap.
Halimbawa, kapag inilapat sa loob ng isang device, ang pelikula ay maaaring magpababa ng temperatura ng chip ng hanggang 11.7 Kelvin, na tumutulong mapanatili ang optimal na pagganap sa mga elektronikong device.
Kung matagumpay na mapabuti ng pangkat ang pagganap ng flexible na electric device na ito, magagawa nilang direktang magbigay ng enerhiya para sa mga smartphone ng hinaharap, ipinahayag ni Chen sa opisyal na video na pinamagatang, “Breakthrough brings body-heat powered wearable devices closer to reality,” na inilathala sa YouTube channel ng Unibersidad.
Ang iba pang posibleng aplikasyon ng device ay kinabibilangan ng mga sistema ng air conditioning at bentilasyon. Inilalarawan din ng pangkat ng QUT ang paggamit ng thermoelectric devices sa smart clothing at mga automotive component.
Ito ay simula pa lamang, gayunpaman; sa susunod na hakbang, magtutuon ang pangkat sa pag-optimize ng pagganap ng teknolohiya at pag-scale nito. Ang paggawa ng teknolohiya na komersyal ay nangangailangan ng pagtagumpayan ang mga hamon ng cost-efficiency sa malakihang sukat, tibay, at integrasyon sa umiiral na mga device.
Ang karagdagang pananaliksik at patuloy na pag-unlad ay makakatulong sa mga device na ito na baguhin ang kahusayan sa enerhiya sa iba’t ibang sektor, mula sa consumer electronics hanggang sa medikal at automotive na aplikasyon.
I-click dito upang malaman kung paano umuunlad ang health wearables sa preventive care.
Mga Pag-unlad sa Teknolohiyang Wearable
Sa makabagong teknolohikal na mundo ngayon, ang mga wearable device ay lumitaw bilang isang popular at lubos na kapaki-pakinabang na inobasyon.
Ang mga wearable ay simpleng mobile electronic devices na dinisenyo upang isuot sa katawan o ikabit sa mga damit. Ilan sa mga karaniwang uri ng wearable technology ay kinabibilangan ng smartwatches, smart glasses, at smart jewelry tulad ng mga singsing at wristband. Ang mga device na ito ay nagtatala, nag-aanalisa, at nagpapadala ng personal na data.
Isa sa mga pinaka-prominenteng aplikasyon ng mga wearable ay natagpuan sa healthcare. Maaari silang magamit upang subaybayan ang temperatura ng katawan, presyon ng dugo, heart rate, at iba pang mahahalagang senyales. Ang aplikasyon ng mga device na ito ay higit pang sumasaklaw sa mga physiological na sakit tulad ng hypertension at muscle disorders pati na rin sa neurocognitive disorders tulad ng Alzheimer’s disease at Parkinson’s disease. Ginagamit din ang mga wearable bilang drug delivery system, na tumutulong sa personalized na pangangalagang pangkalusugan.
Iba’t ibang uri ng wearable device ay kasalukuyang ginagamit sa larangan ng healthcare. Kabilang dito ang mga skin-based wearable device tulad ng e-skin, wearable vests, smart rings, earphones, at mga biofluidic-based na device na gumagamit ng laway, luha, at ihi.
Bukod sa healthcare, ginagamit ang mga wearable upang makipag-ugnayan sa iba, magbayad, at subaybayan ang antas ng aktibidad, pati na rin sa lifestyle, gaming, sports, fitness, security, at defense na mga sektor.
Sa paglipas ng mga taon, ang teknolohiyang wearable ay umunlad sa iba’t ibang paraan. Bilang panimula, ang mga mananaliksik at kumpanya ay palaging naghahanap ng mas magagandang materyales para buoin ang mga device na ito. Ang flexible, stretchable na mga materyales at malambot, ultra-manipis na disenyo ay nagpapahintulot sa mga device na ito na isuot nang kumportable at mapanatili ang kanilang functionality.
Halimbawa, ang gallium-based na liquid metals, na may mataas na conductivity at biocompatibility, ay nangunguna sa bioelectronics na mas angkop sa katawan.
Tungkol sa mga disenyo, ang teknolohiya ay malaki ang pag-unlad mula sa tradisyonal na paraan, na ngayon ay mas nakatuon sa paggawa ng mga ito na seamless na integrated sa katawan ng tao. Ang mga E-tattoo ay isang mahusay na halimbawa nito; sila ay napakamanipis, skin-soft na electronics na sumusunod sa balat at maaaring noninvasively i-digitize ang physiological at psychological na impormasyon.
Ang miniaturization ng mga device na ito, kasama ang printed electronics at intelligent fabrics, ay nagdulot ng mga sensor na maaaring subaybayan ang iba’t ibang pisikal na parameter habang ang mga electrode ay inilalagay sa mga tela upang masukat ang aktibidad. Halimbawa, ang Wearable sweat sensors ay patuloy at noninvasively na nagmomonitor ng mga health indicator sa pamamagitan ng pawis upang mapalakas ang precision medicine.
Pinagmulan: MDPI
Maraming pag-unlad din ang ginagawa sa wearable smart chemical sensors, na nakikita ang pagtaas ng aplikasyon sa healthcare, environmental monitoring, at safety assessment.
Iba’t ibang makabagong pamamaraan ang isinagawa sa disenyo at paggawa ng sensor, kung saan isang sistema ang dinisenyo upang madetect ang NO2 sa pamamagitan ng pag-incorporate ng polyvinyl alcohol/borax/agarose/NaNO3 electrolyte at multi-walled carbon nanotube electrodes sa gold nanosheets. Ipinapakita ng sistema ang pinahusay na pagganap at kakayahang mag-self-repair, na ginagawa itong perpekto para sa mga wearable na aplikasyon.
Pagtagumpayan ang mga Limitasyon ng Wearable Tech
Sa lahat ng mga inobasyong ito na tumutulong sa mga wearable device na maging mas mahusay at epektibo, nakikita nila ang pagbabago sa iba’t ibang industriya, lalo na sa healthcare. Gayunpaman, sila ay nagkakaroon ng mga limitasyon tulad ng katatagan at privacy.
Halimbawa, ang data na natatanggap mula sa mga sensor sa mga wearable na ito ay maaaring makaranas ng distortion at ingay dahil sa patuloy na galaw ng katawan.
Ang mga baterya na ginagamit sa mga wearable ay nagdadala ng isa pang malaking hamon. Ang mga limitasyon ng mga pinagmumulan ng enerhiya ay nag-udyok sa mga mananaliksik na mag-explore ng iba’t ibang solusyon, tulad ng piezoelectric nanogenerators (PENG), na gumagana bilang self-powered sensors, at triboelectric nanogenerators (TENG), na nagsisilbing miniaturized energy harvesters.
Ang mga thermoelectric generator, partikular, ay nakakuha ng malaking atensyon sa larangan ng wearable tech. Noong 2017, mga mananaliksik mula sa Zhejiang University at Xidian University naglabas ng isang papel tungkol sa disenyo ng isang wearable thermoelectric generator para sa pag-ani ng enerhiya ng katawan ng tao.
Katulad ng pinakabagong pananaliksik, ginamit din ng pag-aaral na ito ang Bi2Te3-based na thermoelectric material upang lumikha ng device na maaaring mag-generate ng boltahe na 48 mV para sa temperature difference na 12 K. Kapag ikinabit sa balat ng pulso ng tao, ang output power ng thermoelectric generator ay 130.6 nW sa ambient temperature na 25 °C, na nagpapakita ng potensyal nito para sa pag-ani ng enerhiya mula sa init ng katawan ng tao at pag-develop ng wearable self-powered mobile devices.
Isa pang pag-aaral ang nagdala ng mga pag-unlad sa disenyo ng thermoelectric generators (TEGs) para sa aplikasyon ng pag-ani ng init ng katawan. Ang katotohanan ay may 10-15°C na pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng temperatura ng katawan at ambient temperature, ngunit kakaunti lamang ang nakakalusot sa isang wearable TEG dahil sa thermal resistance ng balat.
Upang malampasan ang mga hamon para sa wearable TEGs, isang komprehensibong quasi-3D analytical model ang binuo, at pagkatapos ay ginamit ang microwave processing technique upang magsynthesize ng high-performance thermoelectric nanocomposites, na nagdulot ng malaking pagbawas ng thermal conductivity at nagresulta sa mga TEG na nagpapakita ng 4-7x na mas mataas na power density kaysa sa mga commercial TEG sa katawan ng tao.
Sa taong ito lamang, ilang mga pag-aaral ang inilabas na nakatuon sa mga thermoelectric device para sa mga wearable.
Ilang buwan na ang nakalipas, mga mananaliksik mula sa University of Washington ay nag-develop ng isang lubhang flexible at malambot na prototype na maaaring mag-ani ng enerhiya mula sa init ng katawan at gawing kuryente, na maaaring magpatakbo ng maliliit na elektronik. Para sa kanilang flexible thermoelectric devices (TEDs), ginamit ng UW team ang 3D soft architectures, rigid semiconductors, multifunctional composites, at self-healing liquid metal conductors.
Bukod sa pag-ani ng enerhiya, ang pokus ng lahat ng pag-aaral na ito ay sa pag-develop ng magaan at flexible na thermoelectric materials, pagdidisenyo ng mga adaptable na ibabaw upang magkasya sa iba’t ibang bahagi ng katawan, pagpapahusay ng functionality ng mga wearable, at pag-abot ng cost-efficiency at scalability.
Ang Mabilis na Lumalagong Pamilihan ng Wearable
Ang pag-unlad sa wearable technology at ang nagresultang pagtaas ng functionality ay nagpalawak ng pag-aampon ng mga device na ito. Ang lumalaking interes sa wearable devices ay may tinatayang pamilihan na lalagpas sa $150 bilyon bago matapos ang dekadang ito.
Ang pamilihan para sa mga wearable tulad ng smartwatches at fitness trackers, partikular, ay patuloy na tumataas sa ilang panahon. Totoong sumiklab ang mga ito noong pandemya habang ang personal na kalusugan ay naging sentro ng pansin ng lahat. Ang mga device na ito ay nagdadagdag din ng dumaraming bilang ng mga metric, at habang papalapit sila sa antas ng isang medical device, mas marami at mas maraming consumer ang nag-aampon sa kanila.
Bukod sa fitness at healthcare, ang mga tech giant ay nagkakaroon ng espesyal na interes sa virtual, augmented, at mixed reality (VR, AR & MR) wearables. Ang smart clothing at e-textiles ay nakakuha rin ng atensyon ngunit patuloy na humaharap sa mga hamon sa scalability ng paggawa at ekonomiya ng produkto.
Kagiliw-giliw, ang pamilihan ng wearable payments services ay inaasahang lalago nang mabilis, na may CAGR na 13.6% hanggang $120 bilyon. Ang paglago na ito ay pinapalakas ng pag-aampon ng near-field communication (NFC) sa mga smartphone, fitness trackers, at iba pang wearables,
Ang mga uri ng produkto ng wearable technology ay kinabibilangan din ng electronic skin patches, chest straps, smart contact lenses, at wearable cameras, na pati rin ay kinagigiliwan.
Ayon sa isang kamakailang ulat, ang shipments ng mga wearable device sa buong mundo ay inaasahang tataas ng higit sa 6% taon-taon (YoY) ngayong taon hanggang halos 538 milyong yunit. Ang paglago na ito ay pinapagana ng pagbuti ng ekonomiya at pagtaas ng pag-aampon ng mga wearable sa mga umuusbong na rehiyon.
Gayunpaman, ang paglago na ito ay magiging hindi pantay-pantay sa mga sektor, kung saan ang wearables, na kumakatawan sa higit sa 60% ng pamilihan ng wearables, ay inaasahang makakakita ng pagtaas habang ang mga presyo ay nagiging stable. Ang mga smartwatches, sa kabilang banda, ay inaasahang makakaranas ng 3% na pagbaba, ang kauna-unahang YoY drop, bagaman sila ay tinantyang babalik sa 4.8% na paglago sa susunod na taon. Ang ito ay dahil sa pagtaas ng presyo at kaunting pagbabago sa disenyo.
Mga Umuusbong na Wearable Device
Pagdating sa mga umuusbong na wearable device, ang mga sektor ng fitness at healthcare ang nangunguna.
Sa healthcare, ang mga wearable electrocardiogram (ECG) device, na nasa anyo ng smartwatches at patches, ay nagbabago ng remote cardiac care. Ang mga device na ito ay kumakabit sa mga app na nag-iimbak ng ECG data, na maaaring suriin ng mga doktor nang remote at magbigay ng proactive na pamamahala sa kalusugan, na nagdudulot ng mas malusog na pamumuhay.
Ang mga wearable ngayon ay nagbibigay-daan din sa patuloy na pangongolekta ng mga vital sign gamit ang advanced sensors na nagbibigay ng real-time na data tungkol sa kanilang suot. Halimbawa, ang Continuous glucose monitoring (CGM) ay nag-aalok ng real-time na insight sa antas ng blood sugar, na nagpapahintulot sa mga pasyente na subaybayan ang kanilang kalusugan mula sa kaginhawaan ng kanilang tahanan.
Ang pagtaas ng pokus ng mga kumpanya ay nakikita rin sa mga heart rate monitor. Ang mga smartwatch tulad ng Casio G-Shock Rangeman ay may kasamang heart rate monitor upang tumpak na matukoy ang galaw ng katawan pati na rin ang mga pagbabago sa natural na kapaligiran gamit ang GPS at sensors. Pagkatapos ay naroon ang Garmin‘s (GRMN ) heart rate monitors, na may komportableng disenyo na nagpapahintulot sa mga babae na ikabit ito direkta sa kanilang sports bra.
Tulad ng nakikita natin, ang kadalian ng pag-access ay tiyak na sentro ng atensyon para sa mga tech company na nagde-develop ng wearables. Totoo rin ito para sa Oura smart rings, na maaaring isuot sa daliri. Ang band ay may kasamang 3D accelerometer upang matukoy ang galaw, isang NTC sensor upang obserbahan ang temperatura ng katawan, at isang PPG sensor upang subaybayan ang heart rate.
Mayroon ding Evie Smart Ring, na nagpatupad ng women-first na disenyo sa pamamagitan ng pag-enable ng pagsubaybay sa pagtulog, kalusugan ng puso, at menstrual cycles. Ang mga wearable biosensor, sa kabilang banda, ay nag-aalok ng magagarang daan para sa stress management sa pamamagitan ng pagtuklas ng mga banayad na pagbabago sa biomarkers tulad ng antas ng cortisol.
Ang mga kumpanya ay gumagawa rin ng headphones na gumagabay sa mga suot habang nagwo-workout, habang ang mga espesyal na guwantes tulad ng GyroGlove ay nilikha para sa mga pasyente ng Parkinson upang mabawasan ang tremor at mapabuti ang kalidad ng buhay.
Sa mundo ng libangan, ang mga wearable tulad ng Xreal Air ay nagpapahintulot sa mga user na manood ng nilalaman at maglaro, habang ang Meta‘s (META ) smart glasses ay nagbibigay-daan sa paglikha at pagbabahagi ng nilalaman. Mayroon ding mga wearable tulad ng Ai Pin, na tumatakbo sa eight-core, 2.1 GHz Qualcomm (QCOM ) processor at maaaring kumuha ng larawan, magpadala ng mga text message, at sumagot ng tawag.
I-click dito upang matuto tungkol sa thermal earring.
Mga Kumpanyang Namumuno sa Sektor ng Wearable
Ngayon, pagdating sa mga kumpanya, ang Apple (AAPL ) ay nangunguna sa larangan dahil sa malawak nitong portfolio ng mga smart product tulad ng Apple Watch. Ang mga pangunahing health metric na sinasaklaw ng relo ay kinabibilangan ng heart rate, respiratory rate, wrist temperature, blood oxygen, at tagal ng pagtulog.
AAPL Tsart ng Presyo
Ang pinakamalaking kumpanya sa mundo batay sa market cap na $3.75 trilyon ay kasalukuyang may presyo ng $248, tumaas ng 28.88% ngayong taon. Ang Apple ay may EPS (TTM) na 6.07 at P/E (TTM) na 40.88 habang may dividend yield na 0.40%. Para sa quarter na nagtapos noong Setyembre 28, 2024, kung saan inilunsad ng kumpanya ang iPhone 16 lineup, AirPods 4, at Apple Watch Series 10 na may mga tampok para sa hearing health at sleep apnea detection, ang tech giant nag-post ng revenue na $94.9 bilyon.
Samantala, kinukuha ng Google ang pamilihan ng wearable sa pamamagitan ng Fitbit, na nakuha nito noong 2021. Ang kumpanyang Tsino na Huawei ay inilunsad din ang TruSense system ngayong taon upang paganahin ang mga darating na wearable. Ang iba pang kilalang pangalan sa larangan ay kinabibilangan ng Samsung Group , Sony Corporation (SONY ), Microsoft (MSFT ), at Garmin.
Konklusyon
Ang teknolohiyang wearable ay isang mabilis na lumalagong pamilihan na nakakaranas ng maraming interes at pag-unlad. Higit pa rito, ang mga breakthrough sa thermoelectric technology, tulad ng naabot ng pangkat ng QUT, ay nagbubukas ng daan patungo sa mas advanced na hinaharap kung saan ang mga device na ito ay hindi na umaasa sa mga baterya, na nagreresulta sa magaan at mas epektibong mga wearable.
Ngunit habang ang lahat ng mga pag-unlad na ito sa materyal at disenyo ay nagtutulak sa global wearables market, may mga hamon pa rin kaugnay ng gastos, scalability, at tibay. Tanging sa pamamagitan ng karagdagang inobasyon, patuloy na kolaborasyon, at pagtaas ng pamumuhunan na lamang maaaring magamit ang lahat ng mga breakthrough na ito sa praktikal na aplikasyon at maisama sa ating pang-araw-araw na buhay!
