دانشمندان دستگاه پوشیدنی مبتنی بر کاغذ که از هوا برق تولید می‌کند را رونمایی کردند
در دهه گذشته، الکترونیک‌های پوشیدنی، به ویژه آن‌هایی که برای مراقبت‌های بهداشتی طراحی شده‌اند، محبوبیت زیادی پیدا کرده است. با این حال، محققان هنوز در حال کار بر روی بهترین راه‌ها برای تأمین نیروی آن‌ها هستند.
باتری‌های سنتی در حال حاضر رایج‌ترین راه‌حل هستند، اما اغلب به انعطاف‌پذیری بیشتری نیاز دارند و با استفاده مداوم تنها برای مدت کوتاهی دوام می‌آورند.
تکنیک‌های انتقال برق بی‌سیم راه‌حل جایگزینی ارائه می‌دهند، اما این سیستم‌ها محدوده و قابلیت حمل محدودی دارند.
به عنوان یک راه‌حل، پروفسور سئوکهون “شان” چوی از دانشگاه بینگهمتون، استادیار انور الهداد و دانشجوی دکتری یانگ “لکسی” گائو روشی جدید را برای جذب رطوبت از هوا و تبدیل آن به برق ایجاد کرده‌اند.
تولید برق از طریق هوا
در مقاله‌ای که به تازگی در ژورنال Small منتشر شده است، تیم بینگهمتون دستگاه پوشیدنی مبتنی بر کاغذ خود را که می‌تواند برق با کارایی بالا از طریق جذب رطوبت تأمین کند، توضیح داده‌اند.
“الکترونیک‌های پوشیدنی در آینده تکنیک‌های برداشت انرژی استفاده خواهند کرد، اما در حال حاضر، تکنیک‌ها در زمان بسیار نامنظم، در مکان ناگهانی و به طور ناکارآمدی تبدیل می‌شوند”، چوی گفت. “من به این موضوع علاقه‌مند شدم زیرا رطوبتی که در هوای ما وجود دارد، همه‌جا حاضر است و متوجه شدم که برداشت انرژی از رطوبت بسیار آسان است.
با استفاده از دانشی که آزمایشگاه بایوالکترونیک و میکروسیستم‌های چوی در مورد باتری‌های زیستی در ۱۵ سال گذشته به دست آورده است، این ژنراتور از اسپوری‌های باکتریایی به عنوان “گروه عملکردی” که مولکول‌های آب را به یون‌های مثبت و منفی تجزیه می‌کند، استفاده می‌کند.
مویرگ‌های کاغذ، اسپوری‌ها را جذب می‌کنند و یک گرادیان با یون‌های مثبت بیشتر در بالا نسبت به پایین ایجاد می‌شود. این عدم تعادل منجر به یک بار الکتریکی می‌شود.
افزودن یک لایه کاغذ جانوس که یک طرف آن هیدروفوبیک و طرف دیگر آن هیدروفیلیک است، جذب رطوبت را افزایش می‌دهد.
این لایه مولکول‌های آب را جذب می‌کند و آن‌ها را در دستگاه نگه می‌دارد تا پردازش شوند.
دستگاه پوشیدنی مبتنی بر کاغذ
این تحقیق ادامه‌دهنده جستجوی چوی در زمینه کاغذترونیک‌ها است، که شامل ساخت دستگاه‌هایی از کاغذ می‌شود که منعطف، پوشیدنی، قابل مقیاس و قابل تجزیه در محیط زیست هستند.
او ژنراتور رطوبتش را برای حسگرهای کم‌قدرت، انتقال دارو، یا تحریک الکتریکی انقلابی می‌بیند.
بهبودها و اصلاحات بالقوه شامل افزایش خروجی برق، توسعه روشی برای ذخیره انرژی و یکپارچه‌سازی آن با تکنیک‌های دیگر برداشت انرژی است.
چوی همچنین امیدوار است که اندازه دستگاه را به همان مقیاس سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) کاهش دهد.
“اندازه یک دستگاه برای من خیلی بزرگ است. من مرد MEMS هستم!” او گفت. “با کاهش هر واحد و اتصال سلول‌های بیشتر در یک فضای کوچک بتوانیم به‌طور قابل‌توجهی چگالی انرژی را بهبود بخشیم. همچنین، به دلیل استفاده از کاغذ، می‌توانیم بسیاری ایده‌های دیگر را آزمایش کنیم، از جمله تکنیک‌های اوریگامی.”
در حالی که سایر محققان در حال توسعه دستگاه‌های پوشیدنی بلندمدت هستند، غریضه چوی این است که در جهت مخالف حرکت کند و بر روی دستگاه‌های یکبار مصرف تمرکز کند که زباله‌های الکترونیکی در زمین‌های دفن زباله تجمع نکند.
“من نمی‌خواهم چیزی را تمام روز برای چهار ماه بپوشم”، او گفت. “می‌خواهم برای مدت کوتاهی استفاده کنم و سپس دور بریزم — به همین دلیل است که کاغذ بهترین است.”
با این حال، این اولین باری نیست که دستگاهی ساخته شده است که برق را از رطوبت هوا تولید می‌کند. در ماه مه، محققان دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) در استرالیا با موفقیت پروتئین‌هایی را مهندسی کردند که می‌توانند برق را هدایت کرده و حتی با استفاده از رطوبت هوا آن را برداشت کنند.
یک بیانیه مطبوعاتی دانشگاه اعلام کرد که این تحقیق بین‌رشته‌ای، شامل مهندسی پروتئین و نانوالکترونیک، می‌تواند روزی به دانشمندان کمک کند تا الکترونیک سبزی را توسعه دهند.
