جهاز مرن يحول حرارة الجسم إلى طاقة كهربائية
تشرين:
في تطور تكنولوجي جديد، تمكن باحثون أميركيون، من تطوير نموذج إلكتروني عبارة عن جهاز مرن وقابل للارتداء يمكنه حصاد الطاقة من حرارة الجسم وتحويلها إلى طاقة كهربائية لتشغيل أجهزة إلكترونية صغيرة مثل البطاريات أو المصابيح المضيئة «LED».
وأوضح الباحثون، بجامعة واشنطن أن هذا الجهاز يُعد ابتكاراً مثيراً، حيث يعمل فور وضعه على الجلد لإضاءة مصباح «LED» باستخدام حرارة الجسم فقط، ونشرت النتائج، في دورية «Advanced Materials».
تقليدياً، تكون الأجهزة التي تستخدم الحرارة لتوليد الكهرباء صلبة وهشة، لكن فريق البحث ابتكر جهازاً شديد المرونة والنعومة بحيث يتكيف مع شكل ذراع الشخص، حسبما ذكرت مجلة “عالم التكنولوجيا”.
وصُمم هذا الجهاز من الصفر. وبدأ الباحثون بالتصميمات لتحديد أفضل مجموعة من المواد والهياكل، ثم قاموا بإنشاء معظم المكونات في المختبر.
وأكد فريق البحث، أن الجهاز يتميز بقدرته على الاستمرار في العمل حتى بعد تعرضه للثقب عدة مرات أو تمديده لآلاف المرات، ما يجعله مرناً وقوياً للغاية.
ويتكون الجهاز من ثلاث طبقات رئيسية، هي طبقة مركزية تحتوي على أشباه موصلات حرارية تحول الحرارة إلى كهرباء، وهذه الطبقة محاطة بمواد مركبة مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد لتعزيز كفاءة تحويل الطاقة وتقليل الوزن. ولإعطائه مرونة بعد التمدد، تم استخدام معادن سائلة موصلة لتوصيل أشباه الموصلات.
وأشار الفريق البحثي، إلى أن هذا الجهاز يمكن أن يستخدم في العديد من التطبيقات الأخرى بجانب الأجهزة القابلة للارتداء. على سبيل المثال، يمكن تثبيته على الأجهزة الإلكترونية التي ترتفع حرارتها في أثناء العمل، مثل خوادم مراكز البيانات، لاستخدام الحرارة المهدرة في تشغيل مستشعرات لمراقبة درجة الحرارة والرطوبة، ما يساعد في تقليل استهلاك الطاقة.
وقال الباحثون: إن الجهاز يعتمد على تقنيات جديدة تتيح له تحويل حرارة الجسم مباشرة إلى طاقة كهربائية، وهو إنجاز لم يكن ممكناً من قبل باستخدام الأجهزة التقليدية.
وأضافوا: إنه يمكن استخدام هذا الجهاز لتسخين أو تبريد الأسطح، ما قد يفتح الباب لاستخدامه في تقنيات الواقع الافتراضي وغيرها من الأجهزة القابلة للارتداء لخلق أحاسيس حارة وباردة على الجلد، أو تحسين الراحة العامة للمستخدمين الذين يستخدمون هذه الأجهزة.
وأكد فريق البحث أن هذا الجهاز يمكن استخدامه في تطبيقات مختلفة، مثل تركيبه على الأجهزة الإلكترونية التي تسخن أثناء التشغيل، مثل خوادم مراكز البيانات، للاستفادة من الحرارة المهدرة في تشغيل أجهزة الاستشعار لمراقبة درجة الحرارة والرطوبة، ما يساعد في تقليل استهلاك الطاقة.
من جانبه، قال المؤلف الرئيسي للبحث محمد مالاكوتي أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية بجامعة واشنطن: كانت هذه الرؤية تراودني منذ زمن طويل. عندما تضع هذا الجهاز على بشرتك، فإنه يستخدم حرارة جسمك لتشغيل مصباح LED بشكل مباشر. وبمجرد وضع الجهاز، يضيء مصباح LED. لم يكن هذا ممكناً من قبل.
وأضاف مالاكوتي: لتوفير القدرة على التمدد والموصلية والشفاء الذاتي الكهربائي، يتم توصيل أشباه الموصلات بخطوط معدنية سائلة مطبوعة.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تضمين قطرات معدنية سائلة في الطبقات الخارجية لتحسين نقل الحرارة إلى أشباه الموصلات والحفاظ على المرونة، لأن المعدن يظل سائلاً في درجة حرارة الغرفة.