مطالب علمی

پارچه هوشمند با ساختار میکروشبکه ای برای تامین انرژی پایدار گجت های کم مصرف از طریق بدن انسان

با وجود توسعه سریع دستگاه های مختلف برداشت و ذخیره انرژی ، ادغام منطقی آنها در سیستم های پوشیدنی کارآمد ، خودکار و پایدار به طور گسترده بررسی نشده است. محققان دانشگاه سان دیگو کالیفرنیا با استفاده از مفهوم و اصول طراحی سیستم های برداشت انرژی بیوشیمیایی و بیومکانیکی، موفق به توسعه مدلی مبتنی بر میکرو شبکه هایی در بحث الکترونیک پوشیدنی شدند که این سیستم قادر است تا انرژی حاصل از عرق کردن و حرکت اندام انسان را برداشت و ذخیره کند تا برای مصرف گجت ها و سنسورهای الکترونیکی کم مصرف مورد استفاده قرار گیرد. این سیستم شامل سه بخش است.
1- سلول های سوخت زیستی که با استفاده از عرق انسان توان خود را تامین میکنند.
2- مولد های تریبوالکتریک که در اثر اصطکاک پارچه بر اندام انسان هنگام حرکت، قادر به برداشت انرژی هستند.
3- ابر خازن ها برای ذخیره کردن انرژی برداشت شده.
تمام قطعات مورد استفاده در این سیستم انعطاف پذیر هستند و قابلیت شستشو دارند و بر روی لباس به طوری که میزان انرژی جمع آوری شده در بهینه ترین حالت باشد، چاپ شده اند و دارای مسیرهایی با اتصالات نقره هستند و با پوشش های ضد آب،عایق بندی شده اند. سلول سوخت زیستی که از عرق انرژی خود را تامین میکند در داخل لباس تعبیه شده، این سلول ها مجهز به آنزیم هایی است که باعث جابه جایی الکترون ها بین مولکول های لاکتات و اکسیژن در عرق انسان می شوند و برق تولید می کنند. مولد های تریبوالکتریک نیز بر روی لباس در قسمت های بازو و میان تنه لباس هنگام دویدن و و حرکت انرژی برداشت میکند. این مولد ها متشکل از ماده ای با بار منفی مثل PTFE(پلی تترافلوئورو اتیلن) هستند که بر روی قسمت بازویی لباس تعبیه شده و در قسمت میان تنه نیز ماده ای با بار مثبت از جنس EC-PU(اتیلن سلولز- پلی یورتان) قرار دارد که در هنگام راه رفتن و یا دویدن فرد با این لباس، بر اثر اصطکاک دوقسمت مثبت و منفی بر یکدیگر، باعث تولید انرژی می شود. سلول های سوخت زیستی قابلیت تولید ولتاژ پایین و مداوم را دارند درحالیکه مولد های تریبوالکتریک قادر به تولید پالس های ولتاژ بالا هستند و در کل سیستم، ولتاژ ثابت و پایداری برای مصرف لوازم الکترونیکی تولید میشود. ابرخازن ها نیز انرژی هر دو دستگاه را ذخیره میکند تا توان مورد نیاز لوازم الکترونیکی را تامین کند. این سیستم در تست های صورت گرفته به صورت 10 دقیقه در حالت ورزش و 20 دقیقه در حالت استراحت، توانسته انرژی مورد نیاز ساعت مچی با نمایشگر ال سی دی یا نمایشگر الکتروکرومیکی را تامین کند.
این سیستم خاص برای دو و میدانی و سایر مواردی که کاربر در حال ورزش است مفید است. اما این فقط یک نمونه از نحوه استفاده از میکروشبکه پوشیدنی است. می توان سیستم را با انتخاب انواع مختلف برداشت کننده انرژی برای سناریوهای مختلف تطبیق داد. محققان در حال کار بر روی طرح های دیگری هستند که می تواند انرژی را برداشت کند در حالی که کاربر در داخل یک دفتر کار نشسته است و یا به آرامی در حال حرکت است.
منبع: https://www.nature.com/articles/s41467-021-21701-7

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *