حساس جديد يستخدم جسدنا كبطارية مولدات ترموحراية تعتمد على الجسم لإنتاج الطاقة

استمع على ساوندكلاود 🎧

تعتبر الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء أمراً عظيماً من الناحية النظرية، وهي أيضاً ممتازة من الناحية العملية حتى يحين موعد إعادة شحنها، وهذا أمر مزعج، وقد يكون الشحن اللاسلكي حلاً لهذه المشكلة، لكن ريثما يتم تطبيقه بشكل واسع، ظهرت العديد من الطرق المبدعة لإبقاء الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة تعمل دون شحن. حيث تم عرض نموذج أولي لحساس لاسلكي يلتصق بالجلد، في الشهر الأول من عام 2016 -في معرض الالكترونيات للمستهلكين، المقام سنوياً في لاس فيغاس- يستطيع الحساس إظهار مستويات المياه في الجسم وإرسالها إلى الهاتف الشخصي منتجاُ كل الطاقة التي يحتاجها من حرارة جسدك فقط.

نظرياُ نستطيع استخدام أي نوع من الطاقة المتدرجة (1) بسهولة كمصدر للطاقة. و بالتالي فإن أجسامنا ببساطة تعتبر مصدراً للطاقة بسبب فرق درجة الحرارة بينها وبين الوسط المحيط وهنا يأتي دور المواد الحرارية الكهربائية (الترموكهربائية)TEG ، التي تستطيع تحويل التفاوت في درجات الحرارة بكفاءة إلى كهرباء مفيدة، بناءً عليها قام الباحثين في مركز الأنظمة المتقدمة ذاتية الطاقة للحساسات المدمجة (ASSIST) -التابع لجامعة ولاية شمال كارولينا، وهو مركز بحثي مختص بالأنظمة النانوية الهندسية- بتطوير مولدات ترموكهربائية مرنة قابلة للارتداء، بما فيها النموذج الأولي للحساس الموجود في الصورة.

هذه الرقاقة الصغيرة والمرنة، ذات مساحة تعادل 7 سنتيمترات مربعة، تستطيع إنتاج حوالي ال 40 إلى 50 ميكرو واط من الكهرباء لكل سنتمتر مربع حين تكون ملتصقة بالبشرة، بفضل سلسلة من المولدات الترموكهربائية TEG المرنة والموصولة على التسلسل، حيث إن كمية الطاقة المنتجة تعود إلى فرق درجة الحرارة بين البشرة والهواء الخارجي.

وتساوي الطاقة المنتجة في كل سنتمتر مربع من 40 إلى 50 ميكرو واط يأتي من فرق ثلاث درجات مئوية فقط (بين حرارة الطقس و حرارة الجسم) من دون تبريد أو تيار هوائي، وإذا أخذنا عوامل التيارات الهوائية في الحسبان ( عند المشي أو الهرولة)، فإن المولد سيصبح أكثر كفاءة وقوة ويمكن أن ينتج ثلاثة أضعاف هذه الطاقة.

لكن رقاقة بهذا الحجم لن تكون قادرة على توليد الطاقة اللازمة لإضاءة شاشة مثلا أو حتى جهاز ( جي بي إس)، لكنها قادرة على توليد الطاقة اللازمة لمعالج ذو طاقة منخفضة ولعمل الحساسات مثل المعجلات، أو أجهزة مراقبة نبضات القلب، أو حساسات درجات الحرارة أو حساسات ضغط الدم أو لمراقبة كمية الماء في الجسم.

وطور الباحثون في ASSIST أيضاً، تقنية بلوتوث ذات استهلاك طاقة فائق الصغر، يتواصل مع الهاتف الشخصي مباشرة، ويعد هذا النموذج من أفضل النماذج التقنية القابلة للارتداء التي شهدها المعرض لهذا العام.

إن الهدف هنا، هو إنتاج حساسات صغيرة قابلة للارتداء وقادة على إنتاج الطاقة ذاتياً، بحيث لا يفكر المستخدم بنزعها إلا بعد سنة مثلا، ويسعى باحثوا ASSIST لجعل مولداتهم الترموحرارية أكثر قوة، دون التأثير على مرونتها أو على مدة صلاحيتها، وهنا يتصدر علم المواد وتجاربه الموقف لحل جميع الأمور العالقة، بات الخبراء هناك أقرب من أي وقت مضى من صنع مئات من هذه الحساسات الملتصقة وبشكل موثوق.

ترى ماهي التطبيقات الأخرى التي يمكنها استخدام جسمنا كبطارية؟ وهل سنرى تطبيقات أكثر تعقيداُ لهذا النوع من المولدات في وقت قريب؟

(1) - الطاقة المتدرجة: هي أي تغير في الطاقة خلال الزمن أو المسافة ويمكن الاستفادة منها بتوليد الطاقة عن طريق التفاوت بين قيمتين للطاقة نفسها، كالمثال في المقال الفرق بين درجات الحرارة يمكن أن يولد طاقة كهربائية، مثال اخر يمكن الاستفادة من الفرق في الملوحة لتوليد الطاقة.