Le professeur agrégé Lee Seok Woo, de l’École de génie électrique et électronique (EEE) de NTU, brandit une batterie flexible aussi fine qu’une cornée humaine. Crédit : NTU Singapour
Des chercheurs de l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) ont créé une batterie flexible aussi fine qu’une cornée humaine. Ce dispositif innovant de stockage d’énergie se charge lorsqu’il est immergé dans une solution saline et pourrait potentiellement alimenter des lentilles de contact intelligentes à l’avenir.
Les lentilles de contact intelligentes sont des lentilles de contact de haute technologie capables d’afficher des informations visibles sur nos cornées et pouvant être utilisées pour accéder à la réalité augmentée. Les utilisations actuelles incluent l’aide à la correction de la vision, la surveillance de la santé des porteurs, ainsi que le signalement et le traitement des maladies des personnes souffrant de maladies chroniques telles que le diabète et le glaucome. À l’avenir, des lentilles de contact intelligentes pourraient être développées pour enregistrer et transmettre tout ce qu’un porteur voit et entend vers un stockage de données basé sur le cloud.
Cependant, pour atteindre ce potentiel futur, une batterie sûre et adaptée doit être développée pour les alimenter. Les batteries rechargeables existantes reposent sur des fils ou des bobines d’induction contenant du métal et ne conviennent pas à une utilisation par l’œil humain, car elles sont inconfortables et présentent des risques pour l’utilisateur.
La batterie développée par NTU est composée de matériaux biocompatibles et ne contient pas de fils ni de métaux lourds toxiques, tels que ceux des batteries lithium-ion ou des systèmes de chargement sans fil. Elle est recouverte d’un revêtement à base de glucose qui réagit avec les ions sodium et chlorure présents dans la solution saline qui l’entoure, tandis que l’eau contenue dans la batterie sert de « fil » ou de « circuit » pour la production d’électricité.
La batterie pourrait également être alimentée par des larmes humaines, car elles contiennent des ions sodium et potassium, à une concentration plus faible. En testant la batterie actuelle avec une solution lacrymale simulée, les chercheurs ont montré que la durée de vie de la batterie serait prolongée d’une heure supplémentaire pour chaque cycle de port de douze heures utilisée. La batterie peut également être chargée de manière conventionnelle par une alimentation externe.
Professeur associé Lee et co-premier auteur de l’étude, Mlle Li Zongkang, titulaire d’un doctorat. étudiant de l’EEE de NTU, présentant la batterie. Crédit : NTU Singapour
Le professeur agrégé Lee Seok Woo, de l’École de génie électrique et électronique (EEE) de NTU, qui a dirigé l’étude, a déclaré : « Cette recherche a commencé avec une question simple : les batteries de lentilles de contact pourraient-elles être rechargées avec nos larmes ? Il existe des exemples similaires de batteries auto-rechargeables, telles que celles destinées aux technologies portables alimentées par la transpiration humaine.
« Cependant, les techniques précédentes pour les batteries d’objectifs n’étaient pas parfaites, car un côté de l’électrode de la batterie était chargé et l’autre non. Notre approche permet de charger les deux électrodes d’une batterie grâce à une combinaison unique de réaction enzymatique et de réaction d’auto-réduction. Outre le mécanisme de charge, elle repose uniquement sur le glucose et l’eau pour produire de l’électricité, qui sont tous deux sans danger pour les humains et seraient moins nocifs pour l’environnement une fois mis au rebut, par rapport aux batteries conventionnelles.
Le co-premier auteur, le Dr Yun Jeonghun, chercheur à l’EEE de NTU, a déclaré : « Le système de chargement de batterie le plus courant pour les lentilles de contact intelligentes nécessite des électrodes métalliques dans la lentille, qui sont nocives si elles sont exposées à l’œil nu. Pendant ce temps, un autre mode d’alimentation des objectifs, le chargement par induction, nécessite qu’une bobine soit dans l’objectif pour transmettre l’énergie, un peu comme un chargeur sans fil pour un smartphone. Notre batterie à base de larmes élimine les deux problèmes potentiels que posent ces deux méthodes, tout en libérant de l’espace pour de nouvelles innovations dans le développement de lentilles de contact intelligentes.
Soulignant l’importance du travail effectué par l’équipe de recherche, le professeur agrégé de l’École de génie mécanique et aérospatial de la NTU, Murukeshan Vadakke Matham, spécialisé dans les domaines biomédical et à l’échelle nanométrique optique et n’a pas été impliqué dans l’étude, a déclaré : « Comme cette batterie est basée sur la glucose oxydase, qui est présente naturellement chez l’homme et alimentée par des ions chlorure et sodium, comme ceux de nos larmes, elles devraient être compatibles et adaptées à un usage humain. . En outre, l’industrie des lentilles de contact intelligentes recherchait une batterie fine et biocompatible ne contenant pas de métaux lourds, et cette invention pourrait contribuer à poursuivre leur développement pour répondre à certains besoins non satisfaits de l’industrie.
L’équipe de recherche a déposé une demande de brevet auprès de NTUitive, la société d’innovation et d’entreprise de NTU. Ils travaillent également à la commercialisation de leur invention.
Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Nanoénergie.
Pleure-moi un courant
L’équipe a démontré son invention à l’aide d’un œil humain simulé (voir vidéo). La batterie, d’une épaisseur d’environ 0,5 millimètre, génère de l’énergie électrique en réagissant avec les déchirures basales – les déchirures constantes qui créent un mince film sur nos globes oculaires – pour que les dispositifs intégrés dans les lentilles fonctionnent.
La batterie flexible et plate décharge de l’électricité via un processus appelé réduction lorsque son revêtement de glucose oxydase réagit avec les ions sodium et chlorure présents dans les larmes, générant de l’énergie et du courant dans les lentilles de contact.
L’équipe a démontré que la batterie pouvait produire un courant de 45 microampères et une puissance maximale de 201 microwatts, ce qui serait suffisant pour alimenter une lentille de contact intelligente.
Des tests en laboratoire ont montré que la batterie pouvait être chargée et déchargée jusqu’à 200 fois. Les batteries lithium-ion typiques ont une durée de vie de 300 à 500 cycles de charge.
L’équipe recommande que la batterie soit placée pendant au moins huit heures dans une solution appropriée contenant une grande quantité d’ions glucose, sodium et potassium, à charger pendant que l’utilisateur dort (voir Figure 1).
La co-première auteure, Miss Li Zongkang, doctorante à l’EEE de NTU, a déclaré : « Bien que la transmission de puissance sans fil et les supercondensateurs fournissent une puissance élevée, leur intégration présente un défi important en raison de l’espace limité dans la lentille. En combinant la batterie et la biopile en un seul composant, la batterie peut se charger elle-même sans avoir besoin d’espace supplémentaire pour les composants filaires ou sans fil. De plus, les électrodes placées sur le côté extérieur de la lentille de contact garantissent que la vision de l’œil ne peut pas être obstruée.
L’équipe NTU mènera d’autres recherches pour améliorer la quantité de courant électrique que leur batterie peut décharger. Ils travailleront également avec plusieurs fabricants de lentilles de contact pour mettre en œuvre leur technologie.
