لا تزال الأجهزة القابلة للارتداء، والتي تشمل الساعات والنظارات الذكية وأجهزة اللياقة البدنية، تعتمد بشكل كبير على البطاريات، مما يحد من إمكانية تصغير حجمها ودمجها بسلاسة.
أعلن باحثون في كلية الهندسة بجامعة سيول الوطنية عن طريقة لتوليد الطاقة مباشرةً من حرارة الجسم باستخدام جهاز رقيق ومرن يعمل بشكل مسطح تمامًا.
ركز الفريق، بقيادة البروفيسور جيونغ هون كواك، على حل مشكلة أساسية أعاقت تطور الأجهزة القابلة للارتداء المعتمدة على الطاقة الكهروحرارية، بحسب تقرير لموقع " إنترستينغ إنجنيرينغ" المتخصص في أخبار الابتكارات والهندسة، اطلعت عليه "العربية Business".
يغير تصميمهم طريقة انتقال الحرارة عبر المادة، مما يسمح بتوليد الكهرباء دون إضافة سماكة أو التضحية براحة المستخدم.
وينتج مولد طوره الفريق الكهرباء من حرارة الجسم مع الحفاظ على رقته ومرونته وسطحه المسطح تمامًا. ويكمن الابتكار في التحكم في كيفية انتقال الحرارة عبر المادة.
مولد الطاقة الذي ابتكره فريق بجامعة سيول الوطنية
مولد الطاقة الذي ابتكره فريق بجامعة سيول الوطنية
قد يجعل هذا التحول الأجهزة القابلة للارتداء ذاتية التزويد بالطاقة أكثر عملية للاستخدام اليومي، بدءًا من أجهزة تتبع الصحة وصولًا إلى الأقمشة الذكية.
إعادة التفكير في مسارات تدفق الحرارة
تعتمد المولدات الكهروحرارية على فروق درجات الحرارة لتوليد الكهرباء. وفي الأنظمة الكبيرة، يكون من السهل الحفاظ على هذا الفرق، أما في الأجهزة القابلة للارتداء الرقيقة فيكاد يختفي.
وتسمح الأجهزة المسطحة الموضوعة على الجلد بمرور الحرارة مباشرةً وتبددها في الهواء، مما يُقلل من تباين درجات الحرارة ويُحد من توليد الطاقة.
وقد حاولت محاولات سابقة حل هذه المشكلة من خلال ثني الأجهزة أو بناء هياكل ثلاثية الأبعاد، إلا أن هذه الحلول زادت من سُمك الأجهزة وقللت من الراحة، وهو ما يتعارض مع مزايا الأجهزة القابلة للارتداء.
اتبع فريق كواك نهجًا مختلفًا لحل المشكلة، فبدلًا من تغيير الشكل، قاموا بتغيير مسار تدفق الحرارة.
وصمم الباحثون "ركيزة ثنائية التوصيل الحراري"، قاموا بتضمين جزيئات نانوية من النحاس في مناطق محددة من قاعدة سيليكون قابلة للتمدد، مما أدى إلى إنشاء مناطق بخصائص حرارية مختلفة ضمن طبقة واحدة.
وبذلك، أصبحت الحرارة تنتقل جانبيًا عبر مسارات عالية التوصيل بدلًا من تسربها عموديًا.
وتتعرض المواد الكهروحرارية الموضوعة بين هذه المناطق لاختلافات في درجات الحرارة عبر السطح، مما يتيح توليد الطاقة حتى في طبقة رقيقة ومسطحة.
وقال كواك إن أهمية هذا الابتكار تكمن "بشكل خاص في تقديم منصة كهروحرارية جديدة قادرة على توليد فرق في درجات الحرارة مع الحفاظ على بنية مسطّحة بالكامل".
ويستخدم الجهاز طريقة طباعة تعتمد على الحبر، ما يتيح مرونة عالية وإمكانية إنتاجه على نطاق واسع، كما يمكن للمصنعين تعديل الحجم والتصميم بسهولة.
ويعمل الجهاز دون الحاجة إلى الثني أو تغييرات هيكلية أثناء الاستخدام، مما يجعله أكثر ملاءمة للارتداء اليومي.
وقال كواك: "تمتلك هذه التقنية إمكانات قوية لاستخدامها كمصدر طاقة لمجموعة واسعة من المستشعرات القابلة للارتداء والأجهزة الإلكترونية التي يمكن تثبيتها على الجلد أو الملابس".
أعلن باحثون في كلية الهندسة بجامعة سيول الوطنية عن طريقة لتوليد الطاقة مباشرةً من حرارة الجسم باستخدام جهاز رقيق ومرن يعمل بشكل مسطح تمامًا.
ركز الفريق، بقيادة البروفيسور جيونغ هون كواك، على حل مشكلة أساسية أعاقت تطور الأجهزة القابلة للارتداء المعتمدة على الطاقة الكهروحرارية، بحسب تقرير لموقع " إنترستينغ إنجنيرينغ" المتخصص في أخبار الابتكارات والهندسة، اطلعت عليه "العربية Business".
يغير تصميمهم طريقة انتقال الحرارة عبر المادة، مما يسمح بتوليد الكهرباء دون إضافة سماكة أو التضحية براحة المستخدم.
وينتج مولد طوره الفريق الكهرباء من حرارة الجسم مع الحفاظ على رقته ومرونته وسطحه المسطح تمامًا. ويكمن الابتكار في التحكم في كيفية انتقال الحرارة عبر المادة.
مولد الطاقة الذي ابتكره فريق بجامعة سيول الوطنية
مولد الطاقة الذي ابتكره فريق بجامعة سيول الوطنية
قد يجعل هذا التحول الأجهزة القابلة للارتداء ذاتية التزويد بالطاقة أكثر عملية للاستخدام اليومي، بدءًا من أجهزة تتبع الصحة وصولًا إلى الأقمشة الذكية.
إعادة التفكير في مسارات تدفق الحرارة
تعتمد المولدات الكهروحرارية على فروق درجات الحرارة لتوليد الكهرباء. وفي الأنظمة الكبيرة، يكون من السهل الحفاظ على هذا الفرق، أما في الأجهزة القابلة للارتداء الرقيقة فيكاد يختفي.
وتسمح الأجهزة المسطحة الموضوعة على الجلد بمرور الحرارة مباشرةً وتبددها في الهواء، مما يُقلل من تباين درجات الحرارة ويُحد من توليد الطاقة.
وقد حاولت محاولات سابقة حل هذه المشكلة من خلال ثني الأجهزة أو بناء هياكل ثلاثية الأبعاد، إلا أن هذه الحلول زادت من سُمك الأجهزة وقللت من الراحة، وهو ما يتعارض مع مزايا الأجهزة القابلة للارتداء.
اتبع فريق كواك نهجًا مختلفًا لحل المشكلة، فبدلًا من تغيير الشكل، قاموا بتغيير مسار تدفق الحرارة.
وصمم الباحثون "ركيزة ثنائية التوصيل الحراري"، قاموا بتضمين جزيئات نانوية من النحاس في مناطق محددة من قاعدة سيليكون قابلة للتمدد، مما أدى إلى إنشاء مناطق بخصائص حرارية مختلفة ضمن طبقة واحدة.
وبذلك، أصبحت الحرارة تنتقل جانبيًا عبر مسارات عالية التوصيل بدلًا من تسربها عموديًا.
وتتعرض المواد الكهروحرارية الموضوعة بين هذه المناطق لاختلافات في درجات الحرارة عبر السطح، مما يتيح توليد الطاقة حتى في طبقة رقيقة ومسطحة.
وقال كواك إن أهمية هذا الابتكار تكمن "بشكل خاص في تقديم منصة كهروحرارية جديدة قادرة على توليد فرق في درجات الحرارة مع الحفاظ على بنية مسطّحة بالكامل".
ويستخدم الجهاز طريقة طباعة تعتمد على الحبر، ما يتيح مرونة عالية وإمكانية إنتاجه على نطاق واسع، كما يمكن للمصنعين تعديل الحجم والتصميم بسهولة.
ويعمل الجهاز دون الحاجة إلى الثني أو تغييرات هيكلية أثناء الاستخدام، مما يجعله أكثر ملاءمة للارتداء اليومي.
وقال كواك: "تمتلك هذه التقنية إمكانات قوية لاستخدامها كمصدر طاقة لمجموعة واسعة من المستشعرات القابلة للارتداء والأجهزة الإلكترونية التي يمكن تثبيتها على الجلد أو الملابس".
