محققان انستیتو علم و فناوری دائگو گیونگبوک در کره جنوبی یک دستگاه بسیار کارآمد برای برداشت انرژی ابداع کرده اند که حرکات بدن را به برق تبدیل می کند.

به گزارش اینترستینگ انجینرینگ، جالب آنکه قابلیت تبدیل انرژی این دستگاه ۲۸۰ بار بیشتر از ابزارهای برداشت انرژی پیزوالکتریک کششی معمول است. دستگاه مذکور از تاثیر پیزوالکتریک استفاده می کند که طی آن برخی مواد در واکنش به فشار مکانیکی بار الکتریکی تولید می کنند. این بدان معناست که فعالیت هایی مانند راه رفتن، خم شدن یا حتی حرکات نامحسوس را می توان طوری هماهنگ کرد که برق تولید کنند.

مواد پیزوالکتریک دارای نوعی عدم تقارن ذاتی در توزیع بار خود هستند. هنگامیکه مواد تحت فشار مکانیکی مانند خم شدن یا کشش قرار می گیرند، این عدم تقارن به جداسازی بارها و تولید پتانسیل الکتریکی در سراسر برداشت کننده های انرژی پیزوالکتریک مواد می شود.

چنین تبادل انرژی مکانیکی به الکتریکی مبنای برداشت انرژی پیزوالکتریک را تشکیل می دهد. هرچند کانسپت برداشت انرژی پیزوالکتریک نوین نیست، اما کاربرد آن در دستگاه های پوشیدنی به دلیل ویژگی های مواد و طراحی دستگاه با محدودیت هایی روبرو است.

پروفسور جانگ کیونگ این در این باره می گوید: در مراحل اولیه تحقیقات PENG، دستگاه‌های پیزوالکتریک معدنی کنسولی شکل به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتند که امکان برداشت کارآمد انرژی از ارتعاشات با فرکانس بالا را فراهم می‌کردند اما هنگامیکه این طراحی روی فرمت های انعطاف پذیر و کششی اجرا شد، با محدودیت روبرو شد. بسیاری از مواد با واکنش پیزوالکتریک قدرتمند مانند سرب زیرکونات تیتانات (PZT)، به طورذاتی سخت و شکننده هستند. به همین دلیل برای یکپارچه سازی در دستگاه های پوشیدنی انعطاف پذیر و راحت نیز مناسب نیستند.

محققان با استفاده از مهندسی نوین مواد این چالش را برطرف کردند آنها یک ساختار سه بعدی یگانه ابداع کردند که استفاده از PZT و از سوی دیگر درجه بالایی از انعطاف پذیری و قابلیت ارتجاعی را ممکن می کند.

علاوه بر آن محققان یک طراحی نوین الکترود نیز اضافه کردند. این طراحی که از آن به عنوان «الکترود منحنی جفت مخصوص» (curvature-specific coupling electrode) یاد می شود، با حذف بارهای الکتریکی تولید شده طی حرکت، برداشت کارآمد انرژی را تضمین می کند. این امر بهره وری کلی دستگاه را می افزاید.

چنین دستگاه هایی احتمالا نیاز به شارژ مرتب باتری یا جایگزین کردن باتری را در طیف وسیعی از ابزارها مانند ساعت هوشمند، ردیاب های سلامتی یا حسگرهای پزشکی از بین می برند.