تولید نیرو از پوست میوه: دانشمندان با استفاده از دستگاه تربوالکتریک از پوست میوه نیرو تولید کردند
پژوهشگران از زیست‌توده پوست پوملوهای زائد برای تغذیه دستگاه‌های الکتریکی کوچک و نظارت بر حرکات بیومکانیکی استفاده کرده‌اند. این روش توسط پژوهشگران دانشگاه ایلینویز اوربانا-شامپین توسعه یافت پس از اینکه ترکیب شیمیایی و خصایص مکانیکی پوست‌ها تحلیل شد.
تیم پژوهشی از خصایص پوست برای ایجاد دستگاه‌هایی که انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می‌کند و به عنوان حسگرهای حرکت خود-تغذیه عمل می‌کند، استفاده کرد.
"پوست پوملو دو بخش اصلی دارد - یک لایه نازک بیرونی و یک لایه داخلی ضخیم سفید. قسمت سفید نرم است و هنگامی که به آن فشار می‌دهید مانند اسفنج است،" گفت یی-چنگ وانگ، یکی از نویسندگان مطالعه و استاد کمکی در بخش علوم غذای و تغذیه‌ای انسانی.
مزیت ساختار اسفنجی متخلخل طبیعی پوست
بعضی افراد از پوست پوملو برای استخراج
ترکیبات
برای روغن‌های اسانس یا پکتین استفاده کرده‌اند، اما ما می‌خواستیم از ساختار متخلخل و اسفنجی طبیعی پوست بهره‌بریم."
پوملو که عمدتاً در جنوب شرق و شرق آسیا کشت می‌شود، میوه‌ای مرکباتی بزرگ با پوسته‌ای بسیار ضخیم است که معمولاً دور ریخته می‌شود و منجر به مقدار محسوسی از پسماند غذایی می‌شود.
وزن پوملو معمولاً ۱ تا ۲ کیلوگرم (۲ تا ۴.۵ پوند) است و پوست ۳۰٪ تا ۵۰٪ وزن را تشکیل می‌دهد.
پژوهشگران از زیست‌توده پوست پوملو و یک فیلم پلاستیکی (پلی‌ایمید) استفاده کردند
"اگر بتوانیم پوست را به محصولات باارزش تری بازیافت کنیم به جای اینکه صرفاً دور بریزیم، می‌توانیم نه تنها از پسماند تولید، مصرف و آبگیری پوملو بکاهیم، بلکه ارزش بیشتری از ضایعات غذایی و کشاورزی ایجاد کنیم،" افزود وانگ.
پژوهشگران پوست را از گوشت جدا کرده و لایه بیرونی‌ترین را برداشتند. طبق گفته پژوهشگران، پوست سفید ضخیم و اسفنجی باقی‌مانده به قطعات کوچک‌تر برش داده شد و برای حفظ ساختار متخلخل سه‌بعدی منحصر به فرد آن منجمد و خشک و تحت شرایط رطوبتی مختلف نگهداری شد.
پژوهشگران از زیست‌توده پوست پوملو و یک فیلم پلاستیکی (پلی‌ایمید) به عنوان لایه‌های تربوالکتریک استفاده کردند که هنگام حضور نیروی خارجی به تماس در می‌آید. آن‌ها یک الکترود فویل مسی به هر لایه متصل کردند و ارزیابی کردند که دستگاه نتیجه چقدر خوب قادر به تبدیل انرژی مکانیکی خارجی به برق است.
مطالعه نشان می‌دهد که لمس این دستگاه‌های تربوالکتریک مبتنی بر پوست پوملو با انگشت می‌تواند حدود ۲۰ دیود نوری (LED) را روشن کند.
ماشین‌حساب یا ساعت ورزشی می‌تواند تغذیه شود
آن‌ها همچنین نشان دادند که ماشین‌حساب یا ساعت ورزشی می‌تواند تنها با همین نیروهای مکانیکی و بدون برق خارجی، وقتی که با یک سیستم مدیریت نیرو با واحد ذخیره انرژی تجمیع می‌شود، تغذیه شود.
پژوهشگران فاش کردند که این کاربرد پتانسیل قوی برای تبدیل انرژی که به طور معمول هدر می‌رود به برق مفید دارد. این مطالعه بهینه شده مواد متخلخل مبتنی بر زیست‌توده پوست پوملو برای تربوالکتریک نانوژنراتور (PP-TENG) دارای ولتاژ مدار باز ۵۸ ولت و چگالی اوج قدرت ۲۵۴.۸ میلی‌وات/متر مربع بود.
"ما همچنین دریافتیم که، به لطف ساختار متخلخل طبیعی پوست پوملو، دستگاه‌های تربوالکتریک مبتنی بر آن می‌توانند به نیرو و فرکانس نیرو بسیار حساس باشند. این موضوع الهام‌بخش ما برای توسعه دستگاه‌های حسگری بود که می‌توانند به بدن انسان برای مانیتورینگ بیومکانیکی متصل شوند،" شرح داد وانگ.
طبق گفته پژوهشگران، هنگام اتصال به بخش‌های مختلف بدن، حسگرهای اثبات مفهوم پژوهشگران قادر بودند حرکات بیومکانیکی مانند حرکات مفاصل و الگوهای گام را نظارت کنند.
این به این دلیل بود که حرکات بخش‌های مختلف بدن می‌تواند منجر به برقراری تماس الکتروشیمیایی بین لایه‌های تربوالکتریک شود و سیگنال‌های الکتریکی متمایزی ایجاد کند که با حرکات مختلف ارتباط دارند. طبق یک اطلاعیه‌ی مطبوعاتی، این قابلیت پتانسیل زیادی برای ارائه بینش‌های ارزشمند برای حرفه‌ای‌های ارایه‌دهنده‌ی مراقبت‌های بهداشتی و توانبخشی فیزیکی دارد.
