| dc.description.abstract | Η ανάπτυξη μεθόδων για τη συγκομιδή και αξιοποίηση της ενέργειας του ανθρώπινου σώματος αποτελεί ένα επιστημονικό πεδίο το οποίο μπορεί να προσφέρει αξιοσημείωτες εξελίξεις στις ιατρικές και φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Η σωστή λειτουργία αυτών των συσκευών βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη συνεχή παροχή επαρκούς ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας. Οι καρδιακοί βηματοδότες και ένα σύστημα συνεχούς παρακολούθησης της γλυκόζης είναι δύο παραδείγματα τέτοιων ιατρικών συσκευών. Τα συστήματα συνεχούς παρακολούθησης της γλυκόζης συνήθως αποτελούνται από ένα βιοαισθητήρα γλυκόζης, έναν πομπό και μια εξωτερική οθόνη, ώστε να παρουσιάζονται τα επίπεδα γλυκόζης. Οι βιοαισθητήρες γλυκόζης είναι ηλεκτρόδια τύπου βελόνας που εμφυτεύονται κάτω από το δέρμα της κοιλιάς και είναι ζωτικής σημασίας για τη συνεχή παρακολούθηση της γλυκόζης, καθώς μπορούν να καταγράφουν ακατάπαυστα τις συγκεντρώσεις γλυκόζης του αίματος και σηματοδοτούν μια προειδοποίηση σε περίπτωση υπογλυκαιμίας ή υπεργλυκαιμίας. Όσον αφορά τον καρδιακό βηματοδότη, χρησιμοποιούνται γραμμικές και μη γραμμικές πιεζοηλεκτρικές συσκευές για τη συνεχή επαναφόρτιση των μπαταριών των καρδιακών βηματοδοτών, μετατρέποντας τις ταλαντώσεις από τους καρδιακούς παλμούς σε ηλεκτρική ενέργεια. Στην αναζήτηση των μεθόδων που μπορούν να βελτιώσουν τις προαναφερθείσες φορητές ιατρικές συσκευές, πρέπει να συμπεριληφθούν ο πιεζοηλεκτρισμός, ο θερμοηλεκτρισμός και ο ηλεκτρομαγνητισμός.
Επιπρόσθετα, η κίνηση του σώματος είναι μια χρήσιμη πηγή ενέργειας που μπορεί να μετατραπεί, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να τροφοδοτήσει αυτές τις μικροσκοπικές ηλεκτρονικές ιατρικές συσκευές. Ως εκ τούτου, γίνεται εύκολα κατανοητό ότι η συγκομιδή ενέργειας από το ανθρώπινο σώμα μπορεί να οδηγήσει στην πρόοδο της εξατομικευμένης ιατρικής, ενώ προσφέρει και μεγάλα πλεονεκτήματα στον τομέα της υγείας και της θεραπείας. Επιπλέον, παρέχει στους χρήστες τη δυνατότητα να μειώσουν τη συχνότητα ή ακόμα και να εξαλείψουν τις χειρουργικές επεμβάσεις.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να προσφέρει μια αναλυτική επισκόπηση των μεθόδων συγκομιδής ενέργειας από το ανθρώπινο σώμα και συγκεκριμένων ιατρικών εφαρμογών που τροφοδοτούνται ενεργειακά από αυτό, αλλά και η παρουσίαση ενός πρακτικού τμήματος, το οποίο περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός πιεζοηλεκτρικού γαντιού που παράγει και αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια από τη δύναμη που ασκείται από τα δάχτυλα, χρησιμοποιώντας ως βασικό υλικό πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους. Με την υλοποίηση της εφαρμογής και τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν επί του βασικού κυκλώματος, παρατηρήθηκε ότι μπορούν να παραχθούν έως και 0.3236W σε 25 λεπτά και 0.02667W με χρόνο φόρτισης 9 λεπτά, αντίστοιχα. Η τιμή της ισχύος που σημειώνονται από το σενάριο της πληκτρολόγησης του κειμένου επιβεβαιώνεται και από την ερευνητική μελέτη με τίτλο "Human-powered wearable computing" του T.Starner, σύμφωνα με την οποία από μια γρήγορη δαχτυλογράφηση μπορούν να παραχθούν έως 19mW.
Developing methods for energy harvesting from the human body is a research field that can
offer remarkable advances in medical and portable electronic devices. Proper functionality
of these devices relies heavily on the continuous supply of a sufficient amount of electricity.
Cardiac pacemakers and a continuous glucose monitoring (CGM) system are two examples
of such medical devices. Continuous glucose monitoring systems usually consist of a glucose
biosensor, a transmitter and an external monitor to view glucose levels. Glucose biosensors
are needle-type electrodes that are implanted under the skin of the abdomen and they are
vital for continuous glucose monitoring, as they can constantly record blood glucose
concentrations and signal a warning in case of hypoglycemia or hyperglycemia. As far as the
cardiac pacemaker, linear and nonlinear piezoelectric devices are used to continuously
recharge the batteries of the pacemakers by converting the vibrations from the heartbeats
to electrical energy. In the search of methods that can improve the aforementioned portable
medical devices, piezoelectricity, thermoelectricity and electromagnetism must be included.
Furthermore, body motion is a useful energy source that can be transformed to generate
electrical energy in order to power these miniaturised electronic medical devices. Therefore,
it is easily understood that energy harvesting from human body can lead to the advance of
personalised medicine and offers great advantages in health care and treatment. In addition,
it provides the users with the possibility of reduce the frequency of or eliminate surgeries.
The aim of this Diploma Thesis is to provide an analytical overview of methods for energy
harvesting from human body and the development of a practical section, that includes the
construction of a piezoelectric glove that produces energy from the force exerted by the
fingers, using as base material piezoelectric transducers. With the completion of the
application and the measurements made on the basic circuit, it was observed that can be
produced 0.3236Watt of energy, exerting force by the fingers on a flat surface. Futhermore,
it was developed a scenario of typing a text and a scenario of a tablet touch, using the
piezoelectric glove, from the measurements of which, produced 0.01869W in 25 minutes
and 0.02667W in 9 minutes, respectively. The value of the power indicated by the scenario
of typing a text is confirmed by the research study entitled “Human-powered wearable
computing” of T.Starner, whereby a fast typing can produce 19mW. | en_US |
