Các nhà khoa học thành công biến vỏ bưởi thành nguyên liệu phát điện (Ảnh minh họa).
Một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign (Mỹ) đã tìm ra phương pháp tái chế vỏ bưởi - một loại rác thải thực phẩm thường bị bỏ đi - thành thiết bị phát điện và cảm biến chuyển động cơ sinh học tự cấp nguồn. Công trình này mở ra những tiềm năng mới trong lĩnh vực thu thập năng lượng và chăm sóc sức khỏe bền vững.
Tận dụng cấu trúc tự nhiên của vỏ bưởi để phát điện
Bưởi là loại trái cây phổ biến tại Đông Nam Á và Đông Á, có đặc điểm nổi bật là lớp vỏ dày, chiếm từ 30% đến 50% tổng trọng lượng quả. Sau khi tiêu thụ, phần vỏ này thường trở thành rác thải, gây lãng phí lớn trong sản xuất và chế biến thực phẩm.
Nhận thấy cấu trúc xốp, nhẹ và giàu cellulose của vỏ bưởi, nhóm nghiên cứu tại Đại học Illinois đã nảy ra ý tưởng tận dụng phần sinh khối tự nhiên này thay vì để nó bị lãng phí.
Quá trình nghiên cứu bắt đầu bằng việc tách vỏ bưởi, loại bỏ lớp ngoài cứng và giữ lại lớp trong màu trắng, mềm xốp như bọt biển. Các mẫu vỏ được cắt nhỏ, đông khô để bảo toàn cấu trúc ba chiều đặc biệt, sau đó lưu trữ trong điều kiện kiểm soát độ ẩm để phục vụ phân tích.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra thành phần hóa học và tính chất cơ học của vật liệu, từ đó phát hiện ra rằng vỏ bưởi rất phù hợp để chế tạo thiết bị điện ma sát.
Thiết bị được phát triển dựa trên nguyên lý điện hóa tiếp xúc (triboelectrification). Đây là hiện tượng điện tích hình thành khi hai vật liệu cọ xát. Các nhà khoa học sử dụng vỏ bưởi làm một lớp, kết hợp với màng nhựa polyimide làm lớp còn lại, đồng thời gắn điện cực bằng lá đồng vào mỗi lớp. Khi có lực cơ học tác động, hai lớp vật liệu tiếp xúc và tạo ra dòng điện.
Thử nghiệm cho thấy chỉ cần một cú chạm nhẹ bằng đầu ngón tay, thiết bị đã có thể thắp sáng 20 đèn LED.
Với sự hỗ trợ của hệ thống quản lý và lưu trữ năng lượng, thiết bị còn có khả năng cấp nguồn cho máy tính xách tay, đồng hồ thể thao và các thiết bị điện tử nhỏ khác mà không cần kết nối nguồn điện bên ngoài. Đây là bước tiến quan trọng trong việc khai thác năng lượng cơ học bị lãng phí trong đời sống hàng ngày, hướng tới một tương lai năng lượng sạch hơn.
Mở rộng tiềm năng ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe
Bưởi là loại trái cây phổ biến ở Việt Nam (Ảnh: Phạm Ngọc Triển).
Không chỉ dừng lại ở việc phát điện, nhóm nghiên cứu còn khám phá thêm tiềm năng sử dụng vỏ bưởi trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe thông qua các ứng dụng cảm biến.
Theo đó, cấu trúc xốp tự nhiên giúp thiết bị điện ma sát từ vỏ bưởi có độ nhạy cao với lực và tần suất tác động, cho phép nó hoạt động như một cảm biến cơ sinh học.
Khi được gắn lên cơ thể con người, thiết bị có thể ghi nhận chuyển động cơ học của các bộ phận như đầu gối, khủyu tay, cổ tay hoặc cột sống. Mỗi chuyển động sẽ tạo ra một tín hiệu điện đặc trưng, phản ánh biên độ và tần suất vận động.
Những tín hiệu này có thể cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc giám sát phục hồi chức năng, chẩn đoán sớm các bất thường vận động, hoặc theo dõi hiệu quả điều trị vật lý trị liệu.
Đặc biệt, thiết bị cảm biến tự cấp nguồn này có lợi thế lớn so với các cảm biến truyền thống: không cần pin, không cần sạc lại thường xuyên và thân thiện với môi trường. Nhờ đó, nó mở ra những ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực thiết bị y tế đeo tay thông minh, hệ thống giám sát sức khỏe liên tục và robot hỗ trợ vận động.
