برداشت انرژي از راه رفتن جهت تامين انرژي يك سيستم الكترونيكي با استفاده از مبدل پيزوالكتريك

Harvesting of energy from Human Walking with a piezoelectric transducer to supply a medical instrument

چكيده مقدمه: اگرچه با كاهش ابعاد و مصرف مدارهاي الكترونيكي، امكان توسعه بسياري از ابزارهاي پزشكي به صورت قابل پوشيدن ويا نصب شونده در داخل بدن فراهم شده است، اما وزن و اندازه بزرگ باتري مورد نياز براي تامين انرژي ابزار، باعث محدود بودن كاربرد اين ابزارها و يا مشكلات در استفاده درازمدت از آن‌ها است. رويكرد نوين براي رفع اين محدوديت، كسب انرژي لازم براي عملكرد دستگاه، از خود بدن مي باشد. مواد و روش?ها: در اين مقاله، توسعه سيستمي براي كسب انرژي از راه رفتن با استفاده از مبدل پيزوالكتريك با هدف تامين انرژي يك ابزار پزشكي پوشيدني ارايه شده است. مبدل پيزوالكتريك درون كفش زير پاشنه پا كار گذاشته شده است و انرژي كسب شده در هر گام، ذخيره و براي استفاده ابزارهاي الكترونيكي مناسب سازي شده است. سپس با انجام آزمايش هاي عملي كارآيي اين ابزار مورد ارزيابي قرار گرفته است. يافته‌ها: ابزاري كه در اين تحقيق توسعه داده شد، امكان كسب و ذخيره انرژي فشار پا بر زمين حين راه رفتن را دارا است. اين ابزار با استفاده از تنها يك مبدل پيزوالكتريك، امكان تامين توان دايمي در حد 8/0 ميلي وات را فراهم نمود. البته براي فراهم شدن اين توان دايمي به صورت يك منبع تغذيه 3 ولت، نياز به برداشته شدن حدود 40 گام به صورت اوليه بود. اين ابزار جهت تامين انرژي يك مدار الكترونيكي پايه مورد استفاده قرار گرفت و پايداري آن در طول زمان مورد تاييد قرار گرفت. نتيجه‌گيري: با توسعه ابزارهاي پزشكي پوشيدني كم مصرف، امكان تامين انرژي لازم براي آن‌ها از خود بدن و جايگزين شدن اين روش به جاي استفاده از باتري وجود دارد. كليد واژه‌ها: برداشت انرژي، راه رفتن، مبدل پيزوالكتريك، ابزارهاي پزشكي

Abstract Introduction: the current state-of-art in designing electronic circuits in very small size and with very low power consumption has led to the development of wearable and implantable medical devices. However, the electronic circuits need power supply that is usually provided by relatively large and heavy batteries. The discharged batteries have to replaced or recharged for the long time operation of the circuits. A new promising approach to overcome these limitations is to harvest the required power from the human body itself. Materials and Methods: In this study, a harvesting system which implements a high performance piezoelectric transducer in the shoe was developed and evaluated for supplying the power required by a basic electronic circuit as a model of a wearable medical device. Results: The developed system was able to harvest 0.8mw of steady power with the use of only one piezoelectric transducer. The power was used to supply a basic micro-controller based electronic system steadily without the need for any batteries. Conclusion: The results demonstrate that low power monitoring or rehabilitation instruments may be supplied without batteries by harvesting the available energy in the walking process. Keywords: Energy harvesting, Human walking, Piezoelectric Transducer, Wearable Medical Devices