Умная контактная линза берет энергию из слез

Дисплей, который всегда перед глазами, незаменимый гаджет для спецагента или устройство, облегчающее жизнь инвалидам, – умные контактные линзы давно стали атрибутами фантастических фильмов. Впрочем, уже существуют вполне реальные прототипы таких изделий. Но одно из главных препятствий для их разработки – проблемы питания. Ведь в глаз не засунешь громоздкий аккумулятор. Однако инженеры из Сингапура, кажется, нащупали выход. Они разработали микробатарею, покрытую глюкозой. При взаимодействии с ионами, содержащимися в слезах, она способна генерировать энергию.

Эти устройства объединяют технологии контактных линз и дополнительной реальности. Они могут отображать текст, графику и изображения прямо перед глазами пользователя путем проецирования этой информации на их роговицу – переднюю прозрачную структуру человеческого глаза. Такие линзы имеют огромный потенциал и спектр применений. Они могут улучшать зрение, в том числе слабовидящим людям, использоваться для развлечений и отслеживания здоровья глаз.

Например, в 2014 года Verily, дочерняя компания управляемого Google холдинга Alphabet, предложила умную линзу для мониторинга уровня глюкозы в слезах диабетиков. Она включала в себе миниатюрные чип и датчик глюкозы, встроенный между двумя мягкими слоями материала линз. Впрочем, в 2018 году компания остановила разработку, поскольку так и не смогла добиться эффективной работы прототипа.

Разработчики умных контактных линз постоянно сталкиваются с препятствиями на пути к их коммерческой реализации. Другая компания – Mojo Vision – разработала линзу с дополнительной реальностью, которая включала в себя μLED- дисплей диаметром менее 0,5 миллиметра с разрешением в 14 тысяч пикселей на дюйм, встроенное питание и средства связи. Изначально планировалось, что линза будет напрямую взаимодействовать с внешним мобильным устройством через GPS или беспроводную сеть. Но в январе 2023 года компания отложила разработку в долгий ящик якобы из-за трудностей с привлечением капитала и вдобавок уволила 75% своих работников.

Одна из сложностей, с которой приходится иметь дело инженерам, – разработка качественного, безопасного и миниатюрного источника электричества. На сегодняшний день питание умных линз может осуществляться посредством индуктивной передачи энергии, биотопливных элементов или крошечных аккумуляторов. Однако все эти подходы несовершенны. Например, индуктивная передача требует держать поблизости дополнительный передатчик, что делает практически невозможным использование умных линз в повседневной жизни. Биотопливные элементы недостаточно мощные, а обычные батареи содержат различные органические растворители и концентрированные соли, которые могут привести к серьезным повреждениям глаза.

• Читайте также:
• Ученые придумали искусственную мышцу для роботов и людей
• Кожа для протезов, которая чувствует
• Парализованной вернули речь и мимику. Пока – в компьютере

«Наиболее распространенная система зарядки аккумулятора для умных контактных линз требует наличия в линзе металлических электродов, которые могут принести вред, если контактируют с незащищенным человеческим глазом. Другой способ питания линз требует наличия индукционной катушки, весьма похожий на устройство беспроводной зарядки для смартфона. Наша батарея на основе слез устраняет две потенциальные проблемы, связанные с этими методами», – рассказывает соавтор нового исследования доктор Юн Джонхун из Школы электротехники и электроники Наньянского технологического университета в Сингапуре.

Они с коллегами создали крошечную гибкую батарею толщиной с человеческую роговицу, которая может питать умные контактные линзы. Сделана она из биосовместимых и безопасных материалов. Батарея имеет специальное покрытие на основе глюкозы, которое реагирует с ионами натрия и калия в окружающем ее солевом растворе. Этот процесс создает электрохимические реакции, в результате которой внутри нее производится электричество.

И поскольку ионы натрия и калия в достаточном объеме находятся в человеческих слезах, они тоже могут служить источником энергии. Получается, контактные линзы способны заряжаться прямо в глазу – при контакте с глюкозой слезной жидкости.

«Это исследование началось с простого вопроса: можно ли перезарядить батарейки контактных линз нашими слезами? Были аналогичные примеры с самозаряжающимися батареями, например, для носимых устройств, которые питаются за счет человеческого пота, – говорит ведущий автор исследования Ли Сок У. – Однако предыдущие методы изготовления батарей для линз не были идеальными, поскольку одна сторона электрода батареи была заряжена, а другая – нет. Наш подход позволяет заряжать оба электрода батареи посредством уникальной комбинации двух реакций. Для выработки электроэнергии он использует только глюкозу и воду. И та и другая безопасны для человека и будут менее вредны для окружающей среды при утилизации по сравнению с обычными батареями».

Ученые погрузили умную линзу в раствор искусственной слезы, а потом провели эксперимент на модели человеческого глаза. В результате батарея толщиной 0,5 миллиметра генерировала электроэнергию и смогла выдать ток силой 45 микроампер и максимальную мощность 201 микроватт. Лабораторные испытания показали, что устройство можно заряжать и разряжать до 200 раз. Для сравнения, типичные литийионные аккумуляторы имеют срок службы от 300 до 500 циклов зарядки.

Устройство можно заряжать и от внешнего источника. Для этого ученые рекомендуют поместить батарею как минимум на 8 часов в подходящий раствор, содержащий глюкозу и ионы натрия и калия, пока пользователь спит.

Анастасия Адаховская, «Детали». Фото: Depositphotos.com √