توصل باحثون إلى اكتشاف رائد يمكن أن يحدث ثورة في عالم التكنولوجيا القابلة للارتداء. لقد ابتكروا طبقة رقيقة ومرنة وفعالة من حيث التكلفة لشحن الأجهزة بحرارة الجسم، ومن المحتمل أن تحل محل البطاريات في الجيل التالي من الأجهزة القابلة للارتداء. يمكن أن يؤدي هذا الابتكار إلى إنتاج إلكترونيات أكثر استدامة، وأجهزة طبية يمكن ارتداؤها لفترة أطول، وحتى ملابس تعمل بالطاقة الذاتية.
وتعتمد الدراسة على الأبحاث الحديثة التي توضح كيف يمكن للأجهزة الكهربائية الحرارية الصغيرة أن تستغل حرارة الجسم البشري لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء. حيث قام الفريق بتطوير غشاء مرن يمكن ارتداؤه بشكل مريح على الجلد، مما يحول بشكل فعال فرق درجة الحرارة بين جسم الإنسان والهواء المحيط إلى كهرباء.
محتويات المقال :
عقبة البطاريات
لقد قطعت الأجهزة القابلة للارتداء شوطًا طويلًا منذ بدايتها، حيث أصبح الكثير منها جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية. ومع ذلك، تمثل البطاريات عقبة رئيسية أعاقت اعتمادها على نطاق واسع. وقد أدت الحاجة المستمرة لإعادة شحنها أو استبدالها إلى الحد من إمكانات الأجهزة القابلة للارتداء، لا سيما في قطاع الرعاية الصحية حيث تعد المراقبة المتواصلة أمرًا بالغ الأهمية.
في السنوات الأخيرة، تطورت التكنولوجيا وراء الأجهزة القابلة للارتداء بشكل كبير، مما مكن الأجهزة من أن تصبح أصغر حجمًا وأكثر إحكاما وأكثر كفاءة. على الرغم من هذه التحسينات، تظل البطاريات عقبة رئيسية، حيث تضيف حجمًا ووزنًا إلى الأجهزة.
غشاء لتسخير حرارة الجسم
يكمن النهج المبتكر الذي اتبعه الباحثون لتسخير حرارة الجسم في إنشاء غشاء رقيق ومرن وفعال من حيث التكلفة. هذا الغشاء قادر على تحويل الفرق في درجة الحرارة بين جسم الإنسان والهواء المحيط به إلى كهرباء. ولتحقيق ذلك، استخدم الفريق بلورات صغيرة تسمى “نانوبندرز” (nanobinders) لتشكيل طبقة من صفائح تيلورايد البزموت (bismuth telluride) المطبوعة.
شكلت هذه المواد النانوية مادة كهروحرارية تتسم بالمرونة والفعالية. وباستخدام تقنية كيميائية معقدة تسمى “التوليف الحراري” (Solvothermal synthesis)، ابتكر الباحثون بلورات نانوية بأبعاد تساوي بضعة نانومترات فقط. التوليف الحراري هو تقنية قوية تستخدم لتخليق مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المواد النانوية والسيراميك والأطر المعدنية العضوية (MOFs). وهي تنطوي على تسخين خليط التفاعل في وعاء محكم الغلق تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعين. تقدم هذه الطريقة العديد من المزايا مقارنة بتقنيات التخليق التقليدية.
ثم قاموا بتصنيع الغشاء باستخدام طريقة طباعة الشاشة الحريرية (screen printing)، والتي يمكن أن تقلل تكاليف الإنتاج على نطاق واسع. هي تقنية الطباعة التي تستخدم فيها شبكة من الحرير أو البوليستر أو غيره من الشبكات المحبوكة لدعم الاستنسل “stencil” في حجب الحبر للحصول على الصورة المطلوبة
لقد لعبت الروابط النانوية دورًا حاسمًا في تشكيل طبقة من صفائح تيلورايد البزموت المطبوعة، وهو أمر ضروري لتحقيق المرونة والكفاءة في المواد الكهروحرارية. ومكنت تقنية التوليف الحراري للباحثين من إنشاء بلورات نانوية موحدة يمكن استخدامها لتصنيع الغشاء. سمح هذا المزيج من الروابط النانوية والبلورات النانوية للفريق بالتغلب على القيود المفروضة على المواد الكهروحرارية التقليدية، والتي غالبًا ما تكون صلبة وغير مرنة.
تطبيقات تبريد
من بين التطبيقات الواعدة في مجال الإلكترونيات. ويمكن دمج الغشاء في أجهزة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر لتبريد معالجاتها بكفاءة. ويمكن لآلية التبريد هذه أن تعزز بشكل كبير من أداء وكفاءة استخدام الطاقة لهذه الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامها في مراكز البيانات واسعة النطاق، مما يقلل من استهلاك المياه الكبير المطلوب حاليًا لتبريد الخوادم.
شحن الأجهزة بحرارة الجسم مستقبلًا
يمكن أن تؤدي الطاقة الحرارية للجسم إلى إلكترونيات أكثر استدامة، وهذه التكنولوجيا الجديدة لديها القدرة على إحداث ثورة في الطريقة التي نشغل بها أجهزتنا.
ويمكن أن يكون لهذه التكنولوجيا أيضًا تأثير كبير على البيئة. يعد إنتاج البطاريات والتخلص منها من العوامل المساهمة بشكل كبير في النفايات الإلكترونية والتلوث البيئي. ومن خلال التخلص من الحاجة إلى البطاريات، يمكننا تقليل البصمة البيئية لأجهزتنا الإلكترونية.
الاحتمالات لا حصر لها، والتأثير المحتمل لهذه التكنولوجيا هائل. وبينما نواصل استكشاف الطاقة الحرارية للجسم وتطويرها، قد نجد أنفسنا ندخل عصرًا جديدًا من الإلكترونيات المستدامة، حيث يتم تشغيل الأجهزة بواسطة أجسامنا، وتستفيد البيئة نتيجة لذلك.
المصادر
How body heat could replace batteries in wearables of the future | popsci
Nanobinders advance screen-printed flexible thermoelectrics | science
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :