توليد الكهرباء من حركة الإنسان عبر شريط لاصق.. ابتكار جديد
ابتكر علماء أميركيون جهازًا قادرًا على توليد الكهرباء من الطاقة الميكانيكية، مثل الاحتكاك أو الحركة، فيما وُصِف بأنه “إنجاز” علمي من جامعة ألاباما في هانتسفيل (UAH).
ووفق بيان صحفي حصلت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، استعمل العلماء شريطًا لاصقًا رخيصًا من المتاجر لتصنيع مولد نانوي كهربائي احتكاكي (TENG)، قادر على حصد الطاقة الكهربائية من مصادر متنوعة، بما في ذلك حركة الإنسان والظروف البيئية، لتشغيل أجهزة صغيرة مثل المستشعرات الحيوية القابلة للارتداء.
وتُحوّل المولدات النانوية الكهربائية الاحتكاكية، الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، باستعمال ظاهرة التأثير الكهربائي الاحتكاكي، وهي ظاهرة تتضمن نقل شحنة بين مادتين متلامستين عن طريق توليد جهد كهربائي عند فصلهما.
نُشِرت الدراسة -التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة- في مجلة أميركان كيميكال سوسايتي أوميغا (American Chemical Society Omega).
وكشفت الدراسة أن المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي المقترح وُضع بين لوحين بلاستيكيين، ما أدى إلى تصميم حاصد طاقة قائم على الاهتزاز، مع كتلة مثبتة في الأعلى.
توليد الكهرباء من حركة الإنسان
حول تقنية توليد الكهرباء من حركة الإنسان، كشف الباحثون من جامعة ألاباما في هانتسفيل أن المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي المُقترح يستعمل شريطًا لاصقًا تجاريًا يتكون من أغشية البولي إيثيلين المعدنية، لتكون بمثابة أقطاب كهربائية وطبقات من شريط سكوتش اللاصق لتوليد الكهرباء.
ويستند هذا الإنجاز -الذي قاده الباحث العلمي في جامعة ألاباما في هانتسفيل، الدكتور مون هيونغ جانغ، والأستاذ المشارك في كلية الهندسة، الدكتور غانغ وانغ- إلى أبحاث سابقة أجراها الفريق.
ففي الدراسة السابقة، قام الفريق بتكديس طبقات من الشريط اللاصق ذي الوجهين والأغشية البلاستيكية والألومنيوم لتشكيل مولد نانوي كهربائي احتكاكي فعّال ومنخفض التكلفة.
وعند ضغط طبقات الشريط اللاصق وفصلها، جُمِّعَت كمية صغيرة من الكهرباء، لكن لزوجة الشريط شكّلت مشكلة، إذ تطلبت قوة كبيرة لفصل الطبقات.
للحصول على المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي المُحسّن، استبدل الباحثون طبقات من شريط أحادي الوجه أكثر سمكًا بالشريط ذي الوجهين، حيث تُولّد الكهرباء بدلًا من ذلك من خلال التفاعل بين دعامة البولي بروبيلين للشريط وطبقة الأكريليك اللاصقة، وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
وتلتصق الأسطح الملساء وتنفصل بسهولة عن بعضها، ما يُمكّن المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي الجديد من التوصيل والفصل بسرعة، وتوليد كهرباء أكبر في وقت أقصر من ذي قبل.
وقد أصبح ذلك ممكنًا بوضع المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي فوق صفيحة اهتزازية ترتد طبقات الشريط عن بعضها، ما يُولّد الكهرباء عند تلامسها وانفصالها بشكل متكرر، بحسب ما جاء في الدراسة التي نشرتها جامعة ألاباما في هانتسفيل.
توليد الكهرباء بكفاءة أعلى
قال الباحث العلمي في جامعة ألاباما في هانتسفيل، الدكتور مون هيونغ جانغ: “أردتُ تجربة أنواع مختلفة من الشريط اللاصق لمعرفة ما إذا كانت ستوفر مقدار كهرباء متوافقًا مع الشريط اللاصق ذي الوجهين”.
وتابع: “بعد تجربة تركيبات مختلفة، تمكّنّا من توليد كهرباء أعلى.. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن التلامس والانفصال يحدثان فقط على الأسطح الملساء باستعمال المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي الجديد، لم نعد قلقين بشأن الأسطح اللاصقة للشريط اللاصق ذي الوجهين، ومن ثم، يمكن تشغيله بترددات عالية جدًا، تصل إلى 300 هرتز”.
ووفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة، كشف الباحثون أن الجهاز الجديد ينتج طاقة قصوى تبلغ 53 ملي واط، كافية لإضاءة 350 مصباح ليد (LED)، بالإضافة إلى مؤشر ليزر.
ودَمَج الفريق أيضًا المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي في مستشعرين:
- مستشعر صوتي للموجات الصوتية.
- مستشعر حيوي ذاتي التشغيل وقابل للارتداء لكشف حركات الذراع التي تُؤدي إلى أشياء مثل أجهزة قياس نشاط العضلات البشرية للوقاية من الإصابات وتعزيز الأداء الرياضي.
وبالنظر إلى المستقبل، وضع فريق جامعة ألاباما في هانتسفيل خطةً مُعَدّة للمولدات النانوية الكهربائية الاحتكاكية.
يقول الدكتور غانغ: “سنواصل أبحاثنا في تطبيقات وتصاميم مختلفة.. قدّمنا إفصاحًا بشأن حصاد الطاقة وأجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء.. سنقدَّم طلب براءة اختراع قريبًا”.
وأضاف: “نعمل أيضًا على إفصاح بشأن مستشعر صوتي.. يتمثل أحد أكبر التحديات التي تواجه أجهزة المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي في انخفاض تردد تشغيلها (<5 هرتز)، ويُظهر تصميمنا التشغيل حتى 300 هرتز، وهو تحسُّن كبير مقارنةً بالتصاميم الحالية.. علاوةً على ذلك، فإن توليد المزيد من الكهرباء من البيئة سيؤدي إلى نطاق أوسع من التطبيقات”.
وأكد غانغ أن المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي حاليًا مفيد لتطبيقات الاستشعار فقط، وإذا استطاع الجهاز إنتاج المزيد من الكهرباء، فقد يكون مفيدًا لأشياء أخرى، مثل شحن البطاريات.
موضوعات متعلقة..
- توليد الكهرباء من قشور الفاكهة.. ابتكار غير مسبوق
- طريقة مبتكرة لتوليد الكهرباء من روث الخيل
- 6 ابتكارات خضراء مذهلة لتوليد الكهرباء.. أبرزها الميكروبات المنتجة للهيدروجين
اقرأ أيضًا..
- حقل نفط عربي يقتنص أكبر صفقة في 2025.. ماذا تعرف عنه؟
- أوابك: طاقة الإسالة العالمية للغاز قد تتجاوز 515 مليون طن سنويًا
- مركز جديد لإنتاج الهيدروجين في أوروبا.. كيف يتحول بعيدًا عن الفحم؟
- أنس الحجي: الطاقة النووية في السعودية تحقق الاستقرار العربي
المصادر:
- ابتكار مولد نانوي كهربائي احتكاكي لتوليد الكهرباء من الموقع الرسمي لجامعة ألاباما في هانتسفيل
- الدراسة الجديدة لتوليد الكهرباء من الطاقة الميكانيكية من مجلة “أميركان كيميكال سوسايتي أوميغا”
إقرأ: توليد الكهرباء من حركة الإنسان عبر شريط لاصق.. ابتكار جديد على منصة الطاقة