مترجم: علي طالبي
پوشيدن ژاكت، پيراهن يا شلواري را تصور كنيد كه انرژي مورد نياز تلفن همراهتان، دستگاه ثبت فعاليتهاي ورزشي و فيزيكي و ساير وسايل شخصي الكترونيكي را زماني كه شما حركت ميكنيد، دست تكان ميدهيد و حتي زماني كه نشستهايد، تأمين ميكند. يك سيستم بسيار ظريف که مهار انرژي در بخش نانو مواد، آزمايشگاه دستگاههاي انرژي و پتانسيل انجام آن كارها را دارد.
بر اساس تكنولوژي باتري و ساخته شدن از لايههاي فسفر سياه كه تنها به اندازه چند اتم ضخامت دارد، اين دستگاه جديد زماني كه در فركانسهاي بسيار پايين كه مشخصه حركت انسان است خم يا فشرده شود، مقدار كمي الكتريسيته توليد ميكند.
كري پينت، استاديار مهندسي مكانيك كه اين تحقيق را انجام داده است در اينباره گفت:«در آينده، من متصورم كه همه ما به مخازن ذخيره انرژي براي دستگاههاي شخصيمان تبديل خواهيم شد.» كارل زِليك، استاديار رشتههاي مهندسي مكانيك و پزشكي دانشگاه وندربيلت اظهار داشت: «اين پژوهشي بجا و هيجانانگيز است كه با توجه به توسعه دستگاههاي پوشيدني نظير اگزواسكلتها (پوششهاي محكم خارجي) و لباسهاي هوشمند شكل گرفته است كه به طور بالقوه ميتواند از پيشرفتهاي دكتر پينت در زمينههاي مواد و برداشت انرژي بهرهمند شود.» كارل زليك يك متخصص در زمينه بيومكانيك حملونقل بود كه در توسعه دستگاه شركت نكرد.
در حال حاضر پژوهشهاي زيادي براي كشف راههاي مؤثر براي بهرهبرداري از منابع انرژي محيطي وجود دارد. اين پژوهشها شامل دستگاههاي مكانيكي طراحي شده براي استخراج انرژي از ارتعاشات و تغيير شكلها نظير دستگاههاي حرارتي با هدف جذب انرژي از تغييرات دما، دستگاههاي انرژي تابشي كه انرژي را از نور، امواج راديويي و ساير اشكال انرژي دريافت ميكنند.
پينت گفت:«در مقايسه با ساير رويكردهاي طراحي شده جهت برداشت انرژي از حركت انسان، شيوه ما از دو مزيت اساسي برخوردار است.»
وي ادامه داد: «مواد از لحاظ اتمي ظريف و به قدر كافي كوچك هستند تا در منسوجات بدون ايجاد تغييري در ظاهر يا جنس پارچه نفوذ كنند و آنها ميتوانند انرژي ناشي از حركاتي را كه كندتر از ١٠ هرتز- ١٠ چرخه در هر ثانيه- كه بيش از كل پنجره بسامد پايين جنبشهاي مربوط به حركت انسان است، استخراج كنند.»
محققان معتقدند:«وقتي شما به يوسين بولت، دونده قهرمان المپيك نگاه ميكنيد، سريعترين مرد روي زمين را ميبينيد. وقتي كه من به او نگاه ميكنم، ماشيني را ميبينم كه با پنج هرتز كار ميكند.»
ثابت شده است كه استخراج انرژي قابل استفاده از چنين حركت كمبسامدي، بسيار چالشبرانگيز است. به طور نمونه، تعدادي از گروههاي پژوهش در حال توسعه دادن برداشتكنندگان انرژي بر اساس مواد پيدوالكتريك هستند كه نيرو و فشار مكانيكي را به نيروي برق تبديل ميكنند.اگرچه اين مواد اغلب در بسامدهايي بيش از ١٠٠ هرتز بهترين عملكرد را دارند. اين بدان معناست كه آنها توانايي كار كردن با هر جنبش انساني به جز كسر اندكي از آنها (جنبشها) را ندارند،بنابراين آنها تحت شرايط مطلوب و بهينه، به بازدهاي محدود كه كمتر از پنج تا ١٠ درصد است، ميرسند.
محققان در طول سه سال گذشته به واكاوي واكنشهاي اساسي مواد باتري نسبت به خم شدن و كش آمدن پرداختهاند.
آنها اولين كساني بودند كه به طور تجربي ثابت كردند كه ولتاژِ عامل، زماني كه مواد باتري تحت فشار قرار ميگيرد، تغيير ميكند. اين مشاهدات، تيمِ پينت را به سوي نوسازي باتري با هردو الكترودهاي مثبت و منفي كه از موادي يكسان ساخته شدهاند، هدايت كرد. با اينكه اين( نوسازي) از ذخيره كردن انرژي به وسيله دستگاه جلوگيري ميكند، به دستگاه اين امكان را ميدهد كه از تغييرات ولتاژ كه بر اثر خم و تابيده شدن ايجاد شدهاند، به طور كامل بهرهبرداري كند و بدينگونه مقادير قابل توجهي از جريان الكتريكي را در واكنش به حركات انسان توليد كند. به اين علت كه اعضا و بلوكهاي سازنده هاروستر در حدود يك پنج هزارم ضخامت تار موي انسان هستند، مهندسان ميتوانند دستگاههايشان را به هر اندازه مورد نياز، نازك يا ضخيم جهت كاربردهاي خاص بسازند. آنها دريافتهاند كه خم كردن نمونههاي اوليه دستگاه، به اندازه ٤٠ ميكرووات توان در هر فوت مربع توليد ميكنند و ميتوانند توليد توان فعلي را در طول مدت زمان كامل حركاتي به آرامي يكصدم هرتز( يك دوره گردش در هر ١٠٠ ثانيه)حفظ كنند.
محققان تأييد ميكنند كه يكي از چالشهايي كه با آن روبهرو هستند، ولتاژ نسبتاً كم است كه دستگاهشان توليد ميكند. آن(ولتاژ) در محدوده ميليولت (يكهزارم ولت) است. با وجود اين، آنها بينش بنيادين خود نسبت به فرآيند را جهت افزايش دادن ولتاژ اعمال ميكنند. آنها همچنين در زمينه طراحي قطعات و اجزاي الكتريكي مانند صفحات نمايش السيدي كه در ولتاژي كمتر از حد معمول كار ميكنند، پژوهش ميكنند. ايمني اينجا يك مشكل نيست. باتريها معمولاً زماني كه الكترودهاي مثبت و منفي اتصال كوتاه برقرار ميكنند، آتش ميگيرند كه سبب مشتعل شدن الكتروليتها ميشود. از آنجا كه هاروسترهاي ما دو الكترود يكسان دارند، اتصال كوتاه چيزي بيش از محروم كردن دستگاه از برداشت انرژي، بهدنبال نخواهد داشت. درست است كه اگر شما نمونه اوليه دستگاهمان را تحت يك چراغ جوشكاري قرار دهيد، مشتعل خواهد شد اما ما حتي اين نگراني را نيز ميتوانيم با استفاده از يك الكتروليت جامد از بين ببريم.
منبع: ساينس ديلي
