تولید برق از حرکات بدن انسان با بازدهی ۲۸۰ برابر: تکنولوژی نوین در انرژی پایدار
به گزارش توانآپ، محققان موسسه علم و فناوری دائگو گیونگبوک (DGIST) موفق به طراحی یک دستگاه نوآورانه شده‌اند که بازدهی آن در برداشت انرژی پیزوالکتریک به ۲۸۰ برابر بیشتر از دستگاه‌های معمولی می‌رسد. این پیشرفت علمی می‌تواند انقلابی در زمینه تولید انرژی از حرکات روزمره انسان ایجاد کند.
مفهوم پیزوالکتریک و عملکرد دستگاه
پدیده پیزوالکتریک به توانایی برخی مواد در تولید بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اشاره دارد. این بدان معناست که فعالیت‌هایی مانند راه رفتن، خم شدن یا حتی حرکات ظریف دست می‌تواند به تولید برق منجر شود. مواد پیزوالکتریک دارای عدم تقارن ذاتی در توزیع بار خود هستند. زمانی که این مواد تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرند، این عدم تقارن تقویت شده و منجر به جدایی بارها و تولید پتانسیل الکتریکی می‌شود. این فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، اساس برداشت انرژی پیزوالکتریک را تشکیل می‌دهد.
چالش‌ها و محدودیت‌ها
با وجود اینکه برداشت انرژی پیزوالکتریک یک مفهوم قدیمی است، اما به دلیل محدودیت‌های موجود در خواص مواد و طراحی دستگاه‌ها، پیشرفت‌های قابل توجهی در کاربردهای آن در دستگاه‌های پوشیدنی مشاهده نشده است. پروفسور «جانگ کیونگ این» مجری این تحقیقات توضیح می‌دهد که در مراحل اولیه، دستگاه‌های پیزوالکتریک غیرآلی کنسولی شکل مورد توجه قرار گرفتند، اما این طرح‌ها زمانی که به شکل‌های انعطاف‌پذیر و قابل کشش تبدیل می‌شوند، با چالش‌هایی مواجه می‌شوند. بسیاری از مواد با پاسخ‌های پیزوالکتریک قوی، مانند سرب زیرکونات تیتانات (PZT)، ذاتاً سفت و شکننده هستند و این امر باعث می‌شود که ادغام آن‌ها در دستگاه‌های پوشیدنی راحت دشوار باشد.
نوآوری در طراحی
محققان مرکز DGIST با استفاده از مهندسی مواد نوآورانه بر این چالش غلبه کرده‌اند. آن‌ها یک ساختار سه‌بعدی منحصر به فرد طراحی کرده‌اند که امکان استفاده از PZT را در عین حفظ درجه بالایی از انعطاف‌پذیری و کشش فراهم می‌کند. این ساختارها، مانند کمانش سه‌بعدی، برای ایجاد کشش در دستگاه‌ها به کار می‌روند و تضمین می‌کنند که دستگاه بتواند با بدن کاربر مطابقت داشته باشد و پوشیدن آن راحت و بدون مزاحمت باشد.
طراحی الکترود جدید
علاوه بر این، محققان یک طرح الکترود جدید به نام «الکترود اتصال انحنای مخصوص» معرفی کرده‌اند. این طراحی با جلوگیری از لغو بارهای الکتریکی تولید شده در طول حرکت، جذب انرژی کارآمد را تضمین می‌کند و به میزان چشمگیری به کارایی کلی دستگاه کمک می‌کند. مجریان این طرح تأکید دارند که این طراحی بر لغو معمولی خروجی الکتریکی که در سیستم‌های معمولی مشاهده می‌شود غلبه کرده و تضمین می‌کند که هر بخش از نانو ژنراتور به طور مؤثری به تولید کلی انرژی کمک کند.
چشم‌انداز آینده
این برداشت‌کننده انرژی بسیار کارآمد، راه را برای ارائه تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی خودکار هموار می‌کند. چنین دستگاه‌هایی می‌توانند نیاز به شارژ مکرر یا تعویض باتری را در طیف وسیعی از کاربردها از جمله ساعت‌های هوشمند، ردیاب‌های تناسب اندام و حسگرهای پزشکی برطرف کنند.
تحقیقات انجام شده توسط محققان DGIST نشان‌دهنده یک گام بزرگ رو به جلو در زمینه فناوری پوشیدنی است. رویکرد نوآورانه آن‌ها در طراحی مواد و پیکربندی الکترود، دستگاهی را با قابلیت تغییر نحوه انرژی‌رسانی به دستگاه‌های پوشیدنی ارائه کرده است. آن‌ها قصد دارند در پژوهش‌های آینده خود بر تحقیق و توسعه بیشتر در بهینه‌سازی این فناوری برای کاربردهای تجاری و بررسی قابلیت کامل آن در دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی مختلف تمرکز کنند.
این دستاورد نه تنها نویدبخش آینده‌ای روشن برای فناوری‌های پوشیدنی است، بلکه می‌تواند تأثیرات مثبتی بر روی زندگی روزمره افراد بگذارد و نیازهای انرژی آن‌ها را به شیوه‌ای پایدارتر تأمین کند. به نقل از بازار
انتهای پیام/