با ورزش تلفن همراهتان را شارژ کنید
شاید تبدیل ورزش به انرژی برای شارژ دستگاه های دیجیتال در آینده ای نه چندان دور امکان پذیر باشد. مهندسان نانو یک ریزشبکه پوشیدنی ایجاد کرده اند که انرژی را از عرق و حرکت جمع آوری و ذخیره می کند تا انرژی الکترونیکی دستگاه های کوچک را تامین کند.
این سیستم از سلول های سوخت زیستی با انرژی عرق و دستگاه های با نیروی حرکتی به نام ژنراتورهای تریبوالکتریک و ابرخازن های ذخیره کننده انرژی ساخته شده است. همه قطعات انعطاف پذیر و قابل شستشو بوده و می توان آن ها را در یک پیراهن قرار داد.
لو یین (Lu Yin) پژوهشگر مهندسی نانو در دانشگاه کالیفرنیا و یکی از سازندگان این لباس در بیانیه ای می گوید: ما از مفهوم ریزشبکه برای ایجاد سیستم های پوشیدنی استفاده می کنیم که به طور پایدار، قابل اعتماد و مستقل تغذیه می شوند. درست مانند ریزشبکه شهری که انواع منابع انرژی محلی و تجدید پذیر مانند باد و خورشید را ادغام می کند. یک ریزشبکه پوشیدنی نیز دستگاه هایی را ادغام می کند که به انرژی را از قسمت های مختلف بدن، مانند عرق و حرکت، جمع آوری می کنند.
این تیم برای اولین بار در سال ۲۰۱۳ میلادی (۱۳۹۱ شمسی) ابزارهای پوشیدنی جمع آوری عرق را کشف کردند، اما از آن زمان، این دستگاه ها را به گونه ای توسعه داده اند که قابلیت کشش و قدرت کافی برای اجرای وسایل الکترونیکی کوچک داشته باشند.
در آزمایشی، ریزشبکه قادر بود در طول یک جلسه تمرینی ۳۰ دقیقه ای که شامل ۱۰ دقیقه دویدن و ۲۰ دقیقه استراحت بود، به یک ساعت مچی ال سی دی را شارژ کند. در حالی که ژنراتورهای تریبوالکتریک قبل از عرق کردن و به محض اینکه کاربر شروع به حرکت کرد، نیرو را تامین می کنند، سلول های سوخت زیستی زمانی که کاربر شروع به عرق کردن می کند، وارد عمل می شوند.
سلول های سوخت زیستی که انرژی را از عرق جمع آوری می کنند، در داخل پیراهن در قفسه سینه قرار دارند. ژنراتورهای تریبوالکتریک که انرژی حاصل از حرکت را به الکتریسیته تبدیل می کنند، در خارج از پیراهن روی ساعد و کناره های تنه نزدیک کمر قرار می گیرند.
هر دوی آنها انرژی را از حرکت چرخشی بازوها بر روی نیم تنه هنگام راه رفتن یا دویدن دریافت می کنند، پس از آن ابرخازن های خارج از پیراهن روی سینه به طور موقت انرژی را ذخیره و آن را تخلیه می کنند تا انرژی وسایل الکترونیکی کوچک را تامین کنند.
او در ادامه توضیح می دهد: سلول های سوخت زیستی مجهز به آنزیم هایی هستند که باعث مبادله الکترون‌ها بین مولکول های لاکتات و اکسیژن در عرق انسان برای تولید الکتریسیته می شوند. در همین حال، ژنراتورهای تریبوالکتریک از یک ماده با بار منفی ساخته شده اند که روی ساعد قرار می گیرند و یک ماده با بار مثبت در طرفین تنه قرار می گیرند. هنگامی که بازوها در هنگام راه رفتن یا دویدن روی تنه می چرخند، مواد دارای بار مخالف به یکدیگر ساییده می شوند و برق تولید می کنند.
در حالی که سلول های سوخت زیستی ولتاژ پایین مداوم را ارائه می دهند، ژنراتورهای تریبوالکتریک پالس های ولتاژ بالا را ارائه می دهند. به گزارشsinapress، سپس، هر دو با هم ترکیب می شوند و توسط ابرخازن ها به ولتاژ پایدار تنظیم می شوند که به عنوان یک مخزن عمل کرده و به طور موقت انرژی را ذخیره و در صورت نیاز آن را تخلیه می کند.
تمام قطعات با اتصالات نقره ای انعطاف پذیر به هم متصل شده اند که روی پیراهن نیز چاپ شده و با یک پوشش ضد آب عایق بندی شده اند. تا زمانی که از مواد شوینده استفاده نشده باشد، عملکرد هر یک از قطعات تحت تأثیر خم شدن، تا کردن و مچاله شدن مکرر یا شستشو در آب قرار نمی گیرد.
محققان اکنون روی طرح های دیگری کار می کنند که می توانند انرژی را در حالی که کاربر ساکن یا منفعل است، جمع آوری کنند، به عنوان مثال، زمانیکه شخص نشسته یا به آرامی در خارج از خانه حرکت می کند.
شرح کامل این فناوری در آخرین شماره مجله تخصصی Nature Communications گزارش شده است.