تبدیل بدن به باتری

ضربان سازها، پمپ های دارورسانی، Fitbits و سایر دستگاه های پوشیدنی به زودی می توانند با نوع جدیدی از انرژی تجدیدپذیر کار کنند: شما. یک ابزار پوشیدنی کوچک جدید به نام ژنراتور ترموالکتریک (TEG) مستقیماً گرمای بدن شما را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. TEG ها از تفاوت دما استفاده می کنند – مانند دمای بدن شما در مقابل هوای اطراف – تا انرژی را به برق تبدیل کنند. برای برقراری تعادل، گرما به طور خودکار به مکان‌های خنک‌تر پراکنده می‌شود و TEGها جریان الکتریکی تولید شده در هنگام حرکت ذرات پر انرژی از گرم به سرد در طول یک تراشه را مهار می‌کنند.

این راحت است، زیرا گرمای بدن منبع بسیار پایداری است. برای حفظ دمای ثابت در حدود 98.6 درجه فارنهایت، بدن شما باید تعادل محکمی بین افزایش گرما و از دست دادن گرما تنظیم کند. و از آنجایی که بدن شما واقعاً کارآمد نیست، تقریباً 75 درصد از انرژی را که از طریق گرما تولید می کند از دست می دهید.

“اگر بدن شما می تواند همان کار باتری ساعت را انجام دهد، این یک پیروزی برای محیط زیست است.”

در حالی که بخشی از گجت که پوست شما را لمس می کند، گرمای شما را به انرژی برق تبدیل می کند، این ابزار پوشیدنی از سمت سرد خود در برابر اشعه های خورشید با یک لایه انتخابی طول موج محافظت می کند تا اختلاف دما را حفظ کند. اما موفقیت این گجت به‌عنوان یک ابزار پوشیدنی به انعطاف‌پذیری بسیار زیاد و ویژگی‌های خود ترمیمی آن مربوط می‌شود، که به آن اجازه می‌دهد تا با بدن شما خم شود و از آسیب دیدن به عقب برگردد. یک ماده ویژه تعبیه شده در داخل گجت با آب بندی مجدد شکستگی ها در سطح میکرو، خود را از بریدگی ها التیام می بخشد. انعطاف پذیر است زیرا هر جزء به نوبه خود انعطاف پذیر است، مانند ساخت مدار الاستیک بر روی یک کش لاستیکی با استفاده از سیم های قابل کشش. Ronggui Yang، استاد مهندسی انرژی و نیرو در دانشگاه علم و فناوری Huazhong که در این مطالعه شرکت داشت، می‌گوید که این طراحی نسبت به طرح‌های قبلی ژنراتورهای ترموالکتریک پوشیدنی سخت ترو بسیار بهبود یافته است.

این به لطف چند پیشرفت قابل توجه است. برای زیرلایه یا پایه پوشیدنی، تیم یانگ سه ترکیب تجاری موجود را برای سنتز یک ماده پلی‌آمین کشسان ترکیب کرد. زیرلایه به دست آمده خمیده است، به نوعی مانند یک دستبند لاستیکی.محققان با برش لیزری بر روی این بستر پلی‌آمین، شکاف‌های کوچکی برای تراشه‌های ترموالکتریک تولیدکننده انرژی ایجاد کردند. برای ایجاد یک پوشیدنی با اندازه یا شکل متفاوت، دانشمندان می‌توانند به سادگی بریدگی‌های بیشتری را برش دهند تا تراشه‌های بیشتری اضافه کنند یا سفارش خود را دوباره سازماندهی کنند. یانگ می‌گوید: نتیجه نهایی: «کشش عالی، خود درمانی، بازیافت، و قابلیت‌های پیکربندی مجدد شبیه لگو». این ویژگی ها به این معنی است که محصول نهایی بسیار بادوام است.

محققان می‌گویند که طراحی انعطاف‌پذیر امکان کاشی‌کاری، انباشته شدن و استفاده از انواع دستگاه‌ها با قطعات اولیه یکسان آن را فراهم می‌کند. در حالی که تیم محققان – متشکل از دانشمندانی از چین و دانشگاه کلرادو بولدر (the University of Colorado Boulder)- در پشت دستگاه قابل کشش TEG خود را به شکل یک حلقه کوچک آزمایش کردند، این مدولار بودن و مقیاس‌پذیری به این معنی است که ژنراتور کوچک می‌تواند از نظر تئوری بزرگتر باشد، بسته به اینکه چگونه قدرت زیادی که می خواهید تولید کنید به عنوان مثال، می‌توان بیشترین مقدار نیرو را با یک «دستبند ورزشی» مانند Fitbit که یک ساعت را تامین می‌کند، یا حتی یک آستین کامل از سلول‌های «ژنراتور» مدولار جمع‌آوری کرد.

این اشکال جدید TEG می تواند حتی برق بیشتری ایجاد کند و دستگاه هایی را با نیازهای الکتریکی بالاتر شارژ کند. با این حال، با توجه به اینکه این پوشیدنی‌ها می‌توانند تنها حدود یک ولت انرژی برای هر سانتی‌متر مربع از فضای پوست تولید کنند، که ولتاژ کمتری در هر منطقه نسبت به اکثر باتری‌های موجود است، هنوز کار برای انجام دادن وجود دارد. به عنوان مثال، یک باتری AA یا AAA دارای ولتاژ 1.5 ولت است و این مقدار انرژی لازم برای راه اندازی برخی از پمپ های انسولین است.

باتری ها به نوبه خود یک فناوری بسیار کثیفی هستند که گاهی از فلزات خاکی کمیاب و مواد خورنده استفاده می کنند. وقتی باتری‌ها در محل‌های دفن زباله خراب می‌شوند، مواد شیمیایی داخل – از جمله اسید کلریدریک، همان موادی که در دستگاه گوارش شما یافت می‌شود- به داخل خاک نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی و سطحی را آلوده می‌کند. باتری های لیتیوم یونی که در پوشیدنی های تناسب اندام رایج هستند، اغلب در محل های دفن زباله منفجر می شوند و آتش می گیرند و گازهای گلخانه ای مضر آزاد می کنند.

اگر بدن شما بتواند همان کار باتری ساعت را با فناوری تمیزتر و قابل بازیافت تر انجام دهد، این یک پیروزی برای محیط زیست است. پوشیدنی یانگ حتی دارای فناوری کاملاً قابل بازیافت است. شما به سادگی می توانید TEG را در یک محلول بازیافت مخصوص به مدت شش ساعت در دمای اتاق خیس کنید و باعث شکسته شدن بستر پلی آمین شود.