طور الباحثون جهازًا جديدًا يجمع الطاقة من العرق الموجود في جميع الأماكن بأطراف أصابعك. حتى الآن ، يعد الجهاز أكثر حصادات طاقة للجسم تم اختراعها على الإطلاق ، حيث ينتج 300 مللي جول من الطاقة لكل سنتيمتر مربع دون أي مدخلات طاقة ميكانيكية أثناء النوم لمدة 10 ساعات و 30 مللي جول إضافية من الطاقة بضغطة واحدة. من الاصبع. يقول الباحثون إن الجهاز يمثل خطوة مهمة إلى الأمام بالنسبة للإلكترونيات القابلة للارتداء ذاتية الاستدامة.
عادة ، تريد أقصى عائد على الاستثمار في الطاقة. لا ترغب في إنفاق الكثير من الطاقة من خلال التمرين لاستعادة القليل من الطاقة "، كما يقول كبير الباحثين ، أستاذ الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا سان دييغو. "ولكن هنا ، أردنا إنشاء جهاز يتكيف مع النشاط اليومي الذي لا يتطلب أي استثمار في الطاقة تقريبًا - يمكنك أن تنسى أمر الجهاز تمامًا وتخلد إلى النوم أو تقوم بعمل مكتبي مثل الكتابة ، مع الاستمرار في توليد الطاقة. يمكنك تسميتها "القوة من عدم فعل أي شيء."
تتطلب أجهزة الطاقة السابقة التي تعتمد على العرق تمارين مكثفة ، مثل قدر كبير من الجري أو ركوب الدراجات ، قبل أن يتعرق المستخدم بدرجة كافية لتنشيط توليد الطاقة. لكن الكمية الكبيرة من الطاقة المستهلكة أثناء التمرين يمكن أن تلغي بسهولة الطاقة المنتجة ، مما يؤدي غالبًا إلى عائد طاقة على الاستثمار أقل من 1٪.
في المقابل ، يندرج هذا الجهاز ضمن ما يسميه الباحثون فئة "الكأس المقدسة" لحصادات الطاقة. فبدلاً من الاعتماد على مصادر خارجية غير منتظمة مثل ضوء الشمس أو الحركة ، كل ما تحتاجه هو ملامسة الأصابع لتجميع أكثر من 300 ميغا جول من الطاقة أثناء النوم - والتي يقول المؤلفون إنها كافية لتشغيل بعض الأجهزة الإلكترونية الصغيرة القابلة للارتداء. نظرًا لعدم الحاجة إلى حركة ، فإن النسبة بين الطاقة المحصودة والطاقة المستثمرة هي في الأساس لانهائية.
قد يبدو من الغريب اختيار أطراف الأصابع كمصدر لهذا العرق ، على سبيل المثال ، تحت الإبطين ، ولكن في الواقع ، تحتوي أطراف الأصابع على أعلى تركيز من الغدد العرقية مقارنة بأي مكان آخر في الجسم.
يقول الباحث الأول ، حاصل على دكتوراه في الهندسة النانوية: "ربما تطور توليد المزيد من العرق عند الأصابع لمساعدتنا على التحكم بشكل أفضل في الأشياء". طالب يعمل في مختبر وانغ. يمكن أن تصل معدلات التعرق على الإصبع إلى بضعة ميكرولتر لكل سنتيمتر مربع في الدقيقة. هذا مهم مقارنة بالمواقع الأخرى في الجسم ، حيث تكون معدلات التعرق أقل بمرتين أو ثلاث مرات من حيث الحجم ".
الجهاز الذي طوره الباحثون في هذه الدراسة هو نوع من حاصدات الطاقة يسمى خلية الوقود الحيوي (BFC) ويتم تشغيله بواسطة اللاكتات ، وهو مركب مذاب في العرق. من الخارج ، يبدو وكأنه قطعة بسيطة من الرغوة متصلة بـ الدارة الكهربائية باستخدام الأقطاب الكهربائية ، وكلها متصلة بلوحة الإصبع. الرغوة مصنوعة من مادة أنابيب الكربون النانوية ، ويحتوي الجهاز أيضًا على هيدروجيل يساعد على زيادة امتصاص العرق.
حجم الجهاز حوالي 1 سم مربع. كما أن مادته مرنة أيضًا ، لذلك لا داعي للقلق بشأن كونه شديد الصلابة أو الشعور بالغرابة. يمكنك ارتدائه بشكل مريح لفترة طويلة من الزمن.
داخل الجهاز ، تحدث سلسلة من التفاعلات الكهروكيميائية. تم تجهيز الخلايا بأنزيم حيوي على الأنود الذي يؤكسد أو يزيل الإلكترونات من اللاكتات ؛ يتم ترسيب الكاثود بكمية صغيرة من البلاتين لتحفيز تفاعل الاختزال الذي يأخذ الإلكترون لتحويل الأكسجين إلى ماء. بمجرد حدوث ذلك ، تتدفق الإلكترونات من اللاكتات عبر الدائرة ، مما يخلق تيارًا من الكهرباء. تحدث هذه العملية بشكل عفوي: طالما يوجد اللاكتات ، فلا حاجة إلى طاقة إضافية لبدء العملية.
منفصلة عن BFC ولكنها مكملة لها ، المولدات الكهرضغطية - التي تحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء - متصلة أيضًا بالجهاز لحصاد ما يصل إلى 20٪ من الطاقة الإضافية. بالاعتماد على حركة الضغط الطبيعية للأصابع أو الحركات اليومية مثل الكتابة ، ساعدت هذه المولدات في إنتاج المزيد طاقة من أي عمل بالكاد: ضغطة واحدة بإصبع مرة واحدة في الساعة تتطلب 0.5 مللي جول فقط من الطاقة ولكنها أنتجت أكثر من 30 مللي جول من الطاقة ، وهو ما يمثل عائد استثمار بنسبة 6,000٪.
تمكن الباحثون من استخدام الجهاز لتشغيل أنظمة استشعار فيتامين ج والصوديوم الفعالة ، وهم متفائلون بشأن تحسين الجهاز ليكون له قدرات أكبر في المستقبل ، مما قد يجعله مناسبًا لتطبيقات الصحة والعافية مثل الجلوكوز. متر لمرضى السكري. إنهم يريدون جعل هذا الجهاز أكثر تكاملاً بإحكام في أشكال يمكن ارتداؤها ، مثل القفازات. نحن نستكشف أيضًا إمكانية تمكين الاتصال اللاسلكي بالأجهزة المحمولة للاستشعار المستمر الممتد.
