تولید برق با استفاده از گرمای بدن

باتری‌ها یکی از اصلی‌ترین قطعات وسایل الکترونیکی هستند. وسایل الکترونیکی تا زمانی بسیار خوب عمل می‌کنند که باتری‌های خوبی داشته باشند. داشتن باتری قوی، باعث ایجاد خطرهایی جدی هم می‌شود، مشابه اتفاقی که در گلکسی ۷ سامسونگ افتاد. یکی از راه‌های جلوگیری از چنین اتفاقاتی تولید دستگاه‌های بدون باتری است که برای تولید انرژی از منابع دیگری مانند حرکات و گرمای بدن استفاده می‌کند. دانشمندان و شرکت های علاقه مند به این طرح، در حال بررسی این موضوع هستند.

چرا دستگاه‌های بدون باتری؟

اغلب بسیاری از ما فکر می کنیم دستگاه‌های بدون باتری یعنی اینکه آن دستگاه از هیچ وسیله‌ای برای تأمین انرژی خود استفاده نکند. اما بسیاری از دانشمندان، به‌خصوص در حوزه سلامت، به دنبال تولید دستگاه‌هایی هستند تا از طرق مختلف مانند کار گذاشتن آن در بدن، انرژی خود را تأمین کنند. اگر دستگاهی به باتری متکی باشد، برای کاربرد آن می‌بایست به عمل‌های جراحی متوسل شد و آن‌ها را در بدن کاشت. چنین طرح‌هایی در علم پزشکی تأثیرات بسیار زیادی در زندگی انسان‌ها دارد.

کاشت وسایل الکترونیکی به‌خصوص در مغز، امکان‌پذیر شده است. مانند پروژه‌ای که ایلان ماسک بر روی آن کار کرده است. اما مشکل اصلی این است که عمر این دستگاه‌ها بیشتر از ۵ سال نیست و چنانچه بخواهیم از دستگاه‌هایی با عمر بیشتر استفاده کنیم، می‌بایست از باتری‌های طولانی‌مدت استفاده شود.

تولید و دریافت انرژی از گرمای بدن

راه‌های مختلفی برای ساخت دستگاه‌های بدون باتری وجود دارد که یکی از آن‌ها استفاده از انرژی پیزوالکتریک است. تولید این انرژی از طریق فشار وارده بر اجسام مختلف امکان‌پذیر است. یکی دیگر از راه‌های تولید انرژی که بسیاری از ما هم با آن آشنایی داریم، انجام حرکات بدنی است؛ اما ایراد آن روش این است که هر حرکتی هرچه قدر هم که واضح باشد منجر به تولید انرژی نمی‌شود . عملاً نمی‌توان از دستگاهی استفاده کرد که تنها زمانی که در حرکت هستید انرژی تولید کند. بنابراین، بسیاری از دانشمندان به دنبال تولید انرژی از طریق گرمای بدن یا انرژی ترموالکتریک هستند.

به گفته داریوش وشایی ، یکی از مهندسین دانشگاه کارولینای شمالی، انرژی ترموالکتریک کارایی بسیاری دارد چراکه بدن ما، با توجه به هوا تغییرات دمایی دارد. انرژی ترموالکتریک هم از تغییرات دمایی حاصل می‌شود . سال گذشته وشایی و تیمش دستگاه کوچکی ساختند که از انرژی ترموالکتریک استفاده می‌کرد و هم قابل‌استفاده در لباس و یا بازو بود.

یکی از مزایای این طرح این است که شما بدون انجام حرکات خاصی و صرفاً با گرمای بدن خود می‌توانید انرژی تولید کنید اما نقصی که این طرح دارد این است که شما می‌توانید میزان کمی انرژی تولید کنید؛ اما تنها بعضی از دستگاه‌ها هستند که به همین میزان اندک انرژی متکی هستند.

دستگاهی که وشایی و تیمش آن را طراحی کردند، میزان کمی انرژی در حد چند میکرو وات تولید می‌کند . این امکان ساخت دستگاه‌هایی که انرژی بیشتری تولید کنند هست اما ظاهر آن‌ها بسیار بزرگ می‌شوند به‌طوری که دیگر کسی تمایل استفاده از آن را ندارد.

وسایل الکترونیکی کم‌مصرف

در سویی دیگر، دانشمندان در حال بررسی طرحی هستند که باتری ها انرژی بسیار کمتری مصرف کنند. یکی از مشکلاتی که وجود دارد، میزان هدر رفت باتری است؛ یعنی اگر که شما باتری را از جعبه خود بیرون بیاورید و از آن استفاده نکنید بیشتر انرژی آن هدر می‌رود . بنابراین، تحقیقات بسیار زیادی صورت گرفته است تا از هدررفت انرژی دوری کنند.

بنیاد ASSIST در دانشگاه کارولینای شمالی، تحقیقات بی‌شماری بر روی ساخت دستگاه‌های بدون باتری یا باتری‌های کم‌مصرف انجام داده است. این بنیاد همچنین موفق به تولید نمونه اولیه‌ای برای ردیابی سلامت شده است. این دستگاه که با گرمای بدن کار می‌کند ، شامل مچ‌بند نارنجی‌رنگ بزرگ و قطعه‌ای است که به سینه متصل می‌شود . این مچ‌بند شاخص‌هایی مانند رطوبت هوا، دما و همچنین ترکیبات ارگانیک را ثبت می‌کند . قطعه‌ای که به سینه وصل می‌شود هم میزان حرکات، تنفس و ضربان قلب را ضبط می‌کند .

تولید و دریافت انرژی از طریق اصطکاک

الکتریسیته علاوه بر حرکت کردن، از طریق اصطکاک هم حاصل می‌شود. مانند زمانی که دو لباس را به هم می‌مالید و الکتریسیته ساکن تولید می‌شود . به این اثر، اثر تربوالکتریک می‌گویند . گروهی از دانشمندان با استفاده از انرژی حرکتی و اثر تربوالکتریک ، موفق به ساخت دستگاهی شدند که پوشیدنی است و به باتری احتیاج ندارد. این دستگاه چند وات بر مترمربع ، انرژی تولید می‌کند که می‌توان با آن لامپی روشن کرد.

اثر تربوالکتریک جهانی است و از هرگونه ماده‌ای برای ایجاد آن می‌توان استفاده کرد اما پلیمرها بیشترین نتیجه را می‌دهند . موادی مانند کاغذ، الیاف، ابریشم، چوب، سطوح فلزی و مواد ارگانیک نتیجه‌ای فوق‌العاده دارند. راه‌های بسیار زیاد دیگری برای تولید انرژی وجود دارند که انرژی حاصل از آن از انرژی حرارتی بسیار بیشتر است.

انعطاف‌پذیری ، ابداعی کلیدی در این زمینه است. زمانی که مواد منعطف در اختیار داریم ، ماشین‌ها این امکان را دارند تا چیزی شبیه به پوست انسان شبیه‌سازی کنند. دستگاهی که پیش‌ازاین درباره‌اش صحبت کردیم، در بدن یا چیزهای دیگری که از جنس پارچه باشند قابل‌استفاده است. مثلاً سیستم امنیتی که سنسورهای آن روی فرش و یا روی پرده جاسازی شده‌ باشد .

چه زمانی این دستگاه‌ها در دسترس عموم قرار می‌گیرد ؟

بنیاد ASSIST به همراه دیگر همکاران خود در تلاش هستند تا هر چه زودتر این دستگاه‌ها را وارد بازار کنند. به گفته یکی از اعضای این بنیاد، احتمالاً این دستگاه تا ۳ سال دیگر به بازار عرضه خواهد شد. تا ماه سپتامبر، ساعت‌های ماتریکسی که با انرژی گرمای بدن کار می‌کنند ، به بازار عرضه می‌شوند . به گفته یکی از اعضای ASSIST از دموی این ساعت پارسال رونمایی شده بود. ساعت ماتریکس، ساعتی سیاه‌رنگ و بزرگ است که صفحه آن گردی دارد اما بزرگی آن به حدی نیست که اذیت‌کننده باشد و همین‌طور ظاهر قشنگی دارد. نمونه دموی آن بسیار جالب بود به‌طوری که یکی از سرمایه گذاران، برای روشن کردن ساعت از یخ استفاده کرد. چون این ساعت با انرژی حرارتی کار می‌کند و از مزایای تفاوت دما بهره می‌برد ، بنابراین از یخ هم می‌توان در استفاده از آن کمک گرفت.

در حال حاضر، می‌بایست با شارژرهای خود سر کنیم اما با طرح‌های یادشده ، تولید دستگاه‌های بدون باتری خیلی دور از تصور نیست.