طور علماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية بسنغافورة (NTU Singapore) بطارية ناعمة ومرنة تعمل بعرق الإنسان.
تتكون بطارية النموذج الأولي من أقطاب فضية مطبوعة تولد الكهرباء في وجود العرق. قياسها 2 سم في 2 سم وهي مسطحة مثل ضمادة ورقية صغيرة ، يتم لصق البطارية بنسيج مرن ماص للعرق قابل للمط وقابل للارتداء بالأجهزة القابلة للارتداء ، مثل الساعات أو أربطة المعصم أو أحزمة الذراع.
لإثبات إمكانية استخدامها عندما يتم دمجها في أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء والأجهزة الإلكترونية الأخرى ، اختبر فريق العلماء أجهزتهم بعرق بشري اصطناعي.
في تجربة منفصلة ، أفاد الفريق أن فردًا يرتدي البطارية حول معصمه وركوب الدراجة على دراجة ثابتة لمدة 30 دقيقة كان قادرًا على توليد جهد كهربائي قدره 4.2 فولت وطاقة خرج تبلغ 3.9 ميغاواط كانت كافية لتشغيل مستشعر درجة حرارة تجاري. الجهاز وإرسال البيانات بشكل مستمر إلى الهاتف الذكي عبر البلوتوث.
لا تحتوي البطارية على معادن ثقيلة أو مواد كيميائية سامة على عكس البطاريات التقليدية ، والتي يتم تصنيعها غالبًا باستخدام مواد غير مستدامة ضارة بالبيئة.
يعمل كبديل أكثر استدامة يمكن أن يقلل من النفايات الإلكترونية الضارة ، ويعكس تطوير البطارية التي تعمل بالعرق التزام NTU بإيجاد حلول للتخفيف من تأثيرنا على البيئة. هذا هو واحد من التحديات الأربعة الكبرى للبشرية التي تسعى NTU لمعالجتها في إطار الخطة الاستراتيجية NTU 2025.
وقال عالم المواد البروفيسور لي بوي سي، وعميد كلية الدراسات العليا بجامعة NTU، الذي قاد الدراسة: "لدينا التكنلوجيا يبشر بإنجاز لم يكن من الممكن الوصول إليه سابقًا في تصميم الأجهزة القابلة للارتداء. ومن خلال الاستفادة من منتج العرق الموجود في كل مكان، يمكننا أن نبحث عن طريقة أكثر صداقة للبيئة لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء والتي لا تعتمد على البطاريات التقليدية. إنه مصدر شبه مضمون للطاقة التي تنتجها أجسامنا. ونتوقع أن تكون البطارية قادرة على تشغيل جميع أنواع الأجهزة القابلة للارتداء.
قال الدكتور ليو جيان ، زميل باحث من كلية NTU لعلوم وهندسة المواد: "البطاريات التقليدية أرخص وأكثر شيوعًا من أي وقت مضى ، لكنها غالبًا ما تُصنع باستخدام مواد غير مستدامة تضر بالبيئة. كما أنها قد تكون ضارة في الأجهزة القابلة للارتداء ، حيث يمكن لبطارية مكسورة أن تنسكب سوائل سامة على جلد الإنسان. يمكن لجهازنا أن يوفر فرصة حقيقية للتخلص من تلك المواد السامة تمامًا ".
لتسليط الضوء على أهمية العمل الذي قام به فريق البحث في NTU ، قالت الأستاذة المساعدة إيرين غولدثورب من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة واترلو ، كندا ، والتي لم تشارك في البحث: "من المعروف أن لا تحب الأجهزة الإلكترونية الرطوبة ، وبالتالي يتم تغليف الأجهزة القابلة للارتداء بشكل كامل لحمايتها من العرق. يحول هذا العمل العرق من عائق إلى أصل ، مما يدل على أنه يمكن أن يحسن موصلية الوصلات المطبوعة وحتى استخدام العرق كإلكتروليت في بطارية قابلة للارتداء وقابلة للانحناء. قد يفتح هذا نموذجًا جديدًا في تصميم الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء ".
إعادة تعريف كيفية تشغيل البطاريات
يتم إنشاء البطارية المصنوعة من قبل NTU عن طريق طباعة الحبر الذي يحتوي على رقائق فضية والبولي المحبة للماء (يوريتان-أكريلات) (HPUA) ، والتي تعمل كأقطاب كهربائية للبطارية ، على نسيج قابل للمط.
عندما تتلامس رقائق الفضة مع العرق ، تتسبب أيونات الكلوريد والحموضة في تكتل الرقائق معًا ، مما يزيد من قدرتها على توصيل الكهرباء. يتسبب هذا التفاعل الكيميائي أيضًا في تدفق تيار كهربائي بين الأقطاب الكهربائية (انظر الفيديو).
عندما يتم شد مادة البطارية ، تنخفض مقاومتها بشكل أكبر ، مما يعني أنه يمكن استخدامها عند تعرضها للإجهاد ، كما هو الحال عندما يقوم المستخدم بالتمرين.
نظرًا لأن النسيج المطاطي شديد الامتصاص ، فإنه يحتفظ بالكثير من العرق ، لذلك تظل البطارية تعمل بالطاقة حتى عندما يكون معدل التعرق غير متسق. هذا مهم للعمل المتسق حيث أن كمية العرق البشري المفرزة متغيرة وتعتمد على منطقة الجسم التي يوجد فيها والظروف البيئية والوقت من اليوم.
وأضاف البروفيسور لي: "يمكن لجهازنا أن يكون أكثر متانة من التكنولوجيا الحالية ، حيث أظهرنا أنه يمكن أن يتحمل الإجهاد من الأنشطة اليومية لمرتديه ، والتعرض المتكرر للإجهاد أو العرق.
"الحجم النحيف لبطاريتنا يحل أيضًا مشكلتين في يمكن ارتداؤها التكنولوجيا: تعد بطاريات الأزرار التقليدية مشكلة في تحقيق هذا النوع من الجماليات الأنيقة التي تجذب المستهلكين ، بينما تقلل البطاريات الأقل سمكًا من قدرة العنصر على حمل شحنة كافية تدوم طوال اليوم ".
يخطط الباحثون لمواصلة استكشاف تأثيرات المكونات الأخرى للعرق البشري وكيف يمكن لعوامل مثل حرارة الجسم أن تؤثر على أداء البطارية.
مكتب ELE Times
توفر ELE Times تغطية عالمية شاملة للإلكترونيات والتكنولوجيا والسوق. بالإضافة إلى توفير مقالات متعمقة ، تجذب ELE Times أكبر جمهور في الصناعة ، مؤهل وذو تفاعل عالي ، والذين يقدرون المحتوى المناسب في الوقت المناسب والأشكال الشائعة. تساعدك ELE Times على بناء الوعي ، وزيادة حركة المرور ، وإيصال عروضك إلى الجمهور المناسب ، وإنشاء عملاء متوقعين وبيع منتجاتك بشكل أفضل.
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminتطوير نظام إدارة الهوية والوصول الذكي للسيارة (IAM)
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminشركة نورتون للأمن السيبراني تشتري شركة Avast مقابل أكثر من 8 مليارات دولار
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminXiaomi تكشف عن CyberDog: روبوت رباعي الجاذبية
-
مكتب ELE Timeshttps://www.eletimes.com/author/adminيقوم Soft Robot Chameleon بتغيير لونه في الوقت الفعلي لمطابقة الخلفية