دستگاهی برای تبدیل حرارت بدن به برق با تحمل سوراخ شدن و کشش 2000 باره
دستبندهای تناسب اندام و دستگاه‌های پوشیدنی دیگر بسیار محبوب شده‌اند، اما اغلب با یک چالش مشترک روبرو هستند: عمر باتری.
محققان دانشگاه واشنگتن دستگاه پوشیدنی‌ای توسعه داده‌اند که می‌تواند با استفاده از حرارت بدن برق تولید کند. این برق تولید شده می‌تواند برای تامین برق دستگاه‌های کوچک الکترونیکی مختلف مانند باتری‌ها، حسگرها یا LEDها استفاده شود.
علاوه بر این، این نمونه اولیه دستگاه انعطاف‌پذیر و مقاوم برقی پس از ۲۰۰۰ باره سوراخ شدن و کشیده شدن همچنان عملکرد خود را حفظ کرد.
«وقتی این دستگاه را بر روی پوست خود قرار می‌دهید، از حرارت بدن شما برای مستقیم روشن کردن یک LED استفاده می‌کند. به محض اینکه دستگاه را قرار دهید، LED روشن می‌شود. این قبلاً امکان‌پذیر نبود.» دکتر محمد ملاکوتی، نویسنده ارشد و استاد کمکی مهندسی مکانیک دانشگاه واشنگتن گفت.
شامل سه لایه
اکثر دستگاه‌هایی که از حرارت برای تولید برق استفاده می‌کنند، تحت عنوان «صلب و شکننده» توصیف می‌شوند.
آنچه که ملاکوتی و تیم او ایجاد کرده‌اند بسیار انعطاف‌پذیر و نرم است. این ویژگی باعث راحتی در پوشیدن و حتی قالب‌گیری به شکل بازوی فرد می‌شود.
آنها با انجام شبیه‌سازی‌های گسترده برای توسعه این دستگاه شروع کردند. این به آنها اجازه داد تا بهینه‌ترین ترکیب مواد و طراحی دستگاه را بفهمند.
این دستگاه انعطاف‌پذیر و مقاوم از سه لایه اصلی تشکیل شده است: نیمه‌هادی‌های ترموالکتریک صلب در مرکز، ترکیبات چاپ سه‌بعدی‌شده در اطراف آنها و سپس ردهای فلز مایع چاپ‌شده که نیمه‌هادی‌ها را متصل می‌کند.
نیمه‌هادی‌های ترموالکتریک حرارت را به برق تبدیل می‌کنند. مواد چاپ سه‌بعدی‌شده انرژی تبدیل را افزایش می‌دهند در حالی که وزن را کاهش می‌دهند.
در نهایت، ردهای فلز مایع انعطاف‌پذیری، هدایت‌پذیری، و خودترمیمی الکتریکی را فراهم می‌کنند. علاوه بر این، فلز مایع عملکرد دستگاه را با بهبود انتقال حرارت به نیمه‌هادی‌ها ارتقاء می‌دهند، بنابراین تبدیل انرژی را بهبود می‌دهد.
آزمایشگاه ملاکوتی تمام اجزای این دستگاه را طراحی و توسعه داده است، به جز نیمه‌هادی‌ها.
دستگاه دو منظوره
علاوه بر دستگاه‌های پوشیدنی ، این دستگاه‌ها می‌توانند در زمینه‌های دیگر نیز مفید باشند، مانند استفاده از آنها با الکترونیک‌هایی که حرارت زیادی تولید می‌کنند.
«شما می‌توانید تصور کنید که این دستگاه‌ها را روی الکترونیک‌های گرم وصل کنید و از آن حرارت اضافی برای تامین برق حسگرهای کوچک استفاده کنید.» ملاکوتی گفت.
«این می‌تواند به ویژه در مراکز داده مفید باشد، جایی که سرورها و تجهیزات محاسباتی مقدار زیادی برق مصرف می‌کنند و حرارت تولید می‌کنند و نیاز به برق بیشتری برای خنک کردن آنها دارند. دستگاه‌های ما می‌توانند آن حرارت را ضبط کنند و از آن برای تامین برق حسگرهای دما و رطوبت استفاده کنند. این روش پایدارتری است زیرا یک سیستم مستقل ایجاد می‌کند که شرایط را نظارت می‌کند در حالی که مصرف کلی انرژی را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، نیازی به نگرانی در مورد نگهداری، تعویض باتری‌ها یا اضافه کردن سیم‌کشی جدید نیست.» او توضیح داد.
به طور جالب، این دستگاه‌ها همچنین عملکرد دوم دارند — علاوه بر تولید برق، می‌توانند سطوح را خنک یا گرم کنند.
«ما امیدواریم که روزی بتوانیم این فناوری را به سیستم‌های واقعیت مجازی و دیگر لوازم جانبی پوشیدنی اضافه کنیم تا احساسات گرم و سرد را بر روی پوست ایجاد کنیم یا راحتی کلی را افزایش دهیم.» ملاکوتی در بیانیه مطبوعاتی گفت.
او تأکید کرد که آینده امیدوارکننده است، اما در حال حاضر، آنها بر روی ایجاد یک پایه قوی با فناوری پوشیدنی کارآمد و دوام بالا متمرکز هستند.
یافته‌ها در مجله مواد پیشرفته منتشر شدند.
