جهاز ورقي قابل للارتداء يولد الكهرباء من رطوبة الهواء
20/11/2024
في خطوة مبتكرة لمواجهة أزمة الطاقة المتزايدة على مستوى العالم، تمكن باحثون من جامعة بينغهامتون في نيويورك من تطوير جهاز ورقي قابل للارتداء يقوم بتوليد الكهرباء من رطوبة الهواء. هذه النتائج تم الإعلان عنها في دراسة نُشرت في مجلة “نانوميكرو سمول”. هذا الابتكار يحمل آمالاً كبيرة في تحسين مستقبل الطاقة المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، خصوصًا في مجالات الرعاية الصحية.
ووفقًا للفريق البحثي، يتوقع أن تستعمل الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء تقنيات حصاد الطاقة في المستقبل، إلا أن هذه التقنيات لا تزال في المرحلة التجريبية وغير فعالة في الوقت الحالي.
أحد الأسباب التي دفعت الباحثين للاهتمام بهذا المجال هو توافر الرطوبة في الهواء في جميع الأوقات، ما يجعل عملية حصاد الطاقة منه أمرًا يسيرًا، وهذا سيفتح المجال لاستخدام الطاقة في أي مكان تقريبًا.
حل ورقي لطاقة مستدامة
يعتمد الجهاز المسمى مولد الكهرباء الرطوبي على تقنية متطورة تستخدم الأبواغ البكتيرية لتوليد الطاقة. حيث تعمل هذه الأبواغ على تفكيك جزيئات الماء إلى أيونات موجبة وسالبة، ومن ثم تستوعب الشعيرات الدموية في الورق البكتيريا، مما يخلق تدرجًا من الأيونات يسبب شحنة كهربائية.
تشرح الباحثة يانغ ليكسي جاو، طالبة الدكتوراه ومديرة المعمل والباحثة في مجال البطاريات الحيوية القابلة للارتداء، كيفية عمل الجهاز، فتقول: “إذا اعتبرت الجهاز لاقطًا لأيونات الهيدروجين، فإن مرور الأيونات عبر ألياف الورق يكون أكثر صعوبة في الشعيرات الضيقة. مما يؤدي إلى تجمع عدد أكبر من الأيونات في الأعلى مقابل عدد أقل في الأسفل، وهذا يولّد فرق جهد يمكن استخدامه لتوليد الطاقة”.
تلعب البكتيريا دورًا أساسيًا في بدء العملية من خلال تحويل جزيئات الماء الهوائية إلى أيونات. وتبين جاو: “تمتلك بكتيريا العصوية الرقيقة (التي تحمل السلالة 168) القدرة على تكوين الأبواغ الداخلية وتحمل الظروف القاسية لفترات طويلة. حتى عند إعادة تنشيطها، تبقى الخلايا قادرة على توليد الطاقة، كما اثبتت عدة دراسات ذلك”.
تطبيقات متعددة لمولد الطاقة الرطوبي
يتوقع للفريق البحثي أن يجدوا تطبيقات عدة لمولد الطاقة من الرطوبة، خاصة في الأجهزة التي تحتاج إلى طاقة مستدامة وصديقة للبيئة. هذه التكنولوجيا قد توفر حلاً عمليًا لأزمة الطاقة العالمية، مما يتيح استخدام الطاقة في مجالات متعددة مثل الرعاية الصحية والرياضة.
### جهاز مبتكر يولد الطاقة من الرطوبة
**استخدامات متعددة للجهاز**
تُشير الباحثة جاو إلى أن الجهاز لا يقتصر دوره على توليد الطاقة فحسب، بل يمكن استخدامه كمستشعر للرطوبة وأيضًا لمراقبة التنفس. تقول جاو: “عندما تتنفس، يتغير مستوى الرطوبة حول الفم والأنف، وبالتالي يمكن للجهاز مراقبة وتيرة التنفس وربطها بمستوى القلق وبعض الأمراض التنفسية”.
**تحديات الإنتاج الضخم**
رغم الإمكانيات الواعدة للجهاز، إلا أنه يواجه بعض التحديات، حيث تحتاج عملية زراعة الأغشية الحيوية البكتيرية إلى ثلاثة أيام، مما يعيق الإنتاج الضخم حاليًا. وتوضح جاو: “في هذه المرحلة، لا يزال الإنتاج الضخم يمثل تحديًا، لكننا نعتقد أن هناك الكثير من الإمكانيات في التطبيقات الواقعية. سلالات البكتيريا العصوية توجد بشكل طبيعي في التربة والأمعاء البشرية، مما يجعلها غير ضارة”.
**تحسين أداء الجهاز**
تضيف جاو أن إحدى العقبات الأساسية لجهازهم هي أن كمية الطاقة الناتجة لا تزال غير مثالية، ويعمل الفريق على تحسين هذه النقطة لتعزيز فعالية الجهاز كمصدر للطاقة أو جهاز استشعار حيوي.
**مميزات جهاز الطاقة الرطوبي**
تتمثل الميزة الأكثر بروزًا للجهاز في استخدامه للورق، مما يجعله مرنًا ومنخفض التكلفة وصديقًا للبيئة. تشرح جاو: “الورق لا يعرف حدودًا في الحجم، وبالتالي يمكن تشكيله وفق الرغبة دون التفريط في الأداء. نحن نستهدف تصميم أجهزة ذات استخدام لمرة واحدة تعتمد على هذه الركيزة الورقية”.
**خطوة نحو الطاقة المستدامة**
يمثل مولد الكهرباء الرطوبي تطورًا هامًا في مجال الطاقة المستدامة للأجهزة القابلة للارتداء. وعلى الرغم من التحديات القائمة، فإن الابتكار يعد بمستقبل واعد يوفر حلولًا عملية وصديقة للبيئة لأجهزة الاستشعار والطاقة ذات الاستهلاك المنخفض. ويشكل هذا العمل خطوة جديدة نحو خلق مستقبل يعتمد على تحويل الموارد الطبيعية إلى طاقة نظيفة ومتاحة للجميع.
### مصدر المعلومات
المصدر: مواقع إلكترونية
