Исследователи из США продемонстрировали, что микрокапиллярное устройство может работать, питаясь только механической энергией руки человека.

Поведение жидкости на поверхности заряженного диэлектрика может контролироваться за счет изменения электростатических свойств этой поверхности – это явление известно как электросмачивание [electrowetting on dielectric phenomenon (EWOD)]. Это явление применяется в цифровых микрокапиллярных устройствах, где за счет электросмачивания обычно происходит контроль отдельных капель жидкости, содержащих образцы для анализа или реагент. Однако необходимость применения громоздких источников внешнего питания в настоящее время ограничивает применимость микрокапиллярных технологий, работающих за счет электросмачивания, в биомедицинских и других устройствах.


Движение генерирует пьезоэлектрические потенциалы, которые управляют каплями в микрокапиллярной системе.

Чень Пен (Chen Peng) с коллегами из Университета Калифорнии (Лос-Анжелес) разработал систему, которая позволяет конвертировать импульсы механической энергии, проявляющиеся, например, в давлении пальцами на пьезоэлектрические элементы в импульсы тока, способные давать достаточно энергии для работы устройства, работающего с использованием принципа электросмачивания.

Пен поясняет то, как механическая энергия преобразуется в электрическую: сгибание пьезоэлектрического элемента вызывает механическое напряжение в расположенной на его поверхности пленке пьезоэлектрика. Из-за напряжения электрический заряд накапливается на поверхности материала, в результате чего его электрические характеристики изменяются.

Как поясняет Пен, использование пьезоэлектрического эффекта в устройстве, работающего на принципе электросмачивания, было не простой задачей, поскольку пьезоэлектричество, хотя и генерирует нужную разность потенциалов, генерирует ток не очень большой силы. Хотя устройство, работающее с использованием электросмачивания, главным образом управляется разностью потенциалов, ток для его работы должен обладать силой, достаточной для заряда конденсаторов устройства. Исследователям пришлось тщательно рассмотреть все аспекты, вязанные с устройствами электросмачивания, включая их емкость, пусковое напряжение и надёжность, чтобы добиться воспроизводства работы систем контроля механически контролируемых микрокапиллярных систем.

Аарон Вилер (Aaron Wheeler), специалист по цифровым микрокапиллярным устройствам из Университета Торонто отмечает, что приведение в действие устройств для электросмачивания за счет пьезоэлектричества кажется весьма заманчивым – применение «пассивных» устройств, не требующих внешних источников энергии, может оказаться весьма разносторонним.