تولید برق با لباس: پوشیدنی‌های هوشمند آینده

توسعه یک دستگاه جمع‌آوری انرژی پیرو الکتریسیته توسط دانشگاه DGIST

دانشگاه DGIST (رئیس: کون وو لی) اعلام کرد که تیمی به رهبری پروفسور جانگ کیونگ-این از دپارتمان مهندسی رباتیک و مکانیک، یک جمع‌آور انرژی پیرو الکتریسیته سه‌بعدی و قابل کشش توسعه داده است که می‌تواند انرژی الکتریکی را با استفاده از حرکات بدن جمع‌آوری کند. این دستگاه به عنوان یک جمع‌آور انرژی پوشیدنی طراحی شده و می‌تواند به پوست یا لباس‌ها متصل شود.

انواع جمع‌آورهای انرژی

جمع‌آورهای انرژی به دو نوع تقسیم می‌شوند: آن‌هایی که بر اساس اثر تریبو الکتریک کار می‌کنند و آن‌هایی که بر اساس اثر پیرو الکتریک عمل می‌کنند. دستگاهی که تیم پروفسور جانگ توسعه داده است، بر اساس اثر پیرو الکتریک فعالیت می‌کند و با استفاده از فعالیت‌های فیزیکی نظیر کشش پوست یا حرکات مفاصل، برق تولید می‌کند.

چالش‌های موجود در جمع‌آوری انرژی

در ادبیات علمی، مطالعات متعددی بر روی جمع‌آورهای انرژی پیرو الکتریک انجام شده است، اما بیشتر آن‌ها از مواد پیرو الکتریک ارگانیک یا کامپوزیتی استفاده می‌کنند که دارای کارآیی انرژی پایینی هستند. این موضوع باعث می‌شود که جمع‌آوری قدرت کافی از حرکات بدن دشوار باشد و استفاده از آن‌ها به عنوان دستگاه‌های انرژی پوشیدنی محدود شود.

مزایای دستگاه جدید

دستگاه توسعه یافته توسط تیم پروفسور جانگ بر پایه تیتانات زیرکونیوم سرب (PZT) است که دارای کارآیی پیرو الکتریک بالایی می‌باشد. این ویژگی موجب می‌شود تا این دستگاه بتواند انرژی بیشتری را از حرکات بدن جمع‌آوری کرده و به عنوان یک منبع انرژی مؤثر و قابل اعتماد در دستگاه‌های پوشیدنی مورد استفاده قرار گیرد.

پیشرفت‌های جدید در فناوری برداشت انرژی پیزوالکتریک

پیزو الکتریک سرامیک PZT عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد، اما به دلیل سختی و شکنندگی‌اش، استفاده از آن به عنوان یک دستگاه قابل کشش دشوار است. با این حال، تیم پروفسور جانگ موفق به طراحی PZT به شکل یک ساختار سه‌بعدی شده است که نسبت به تغییر شکل حساسیت ندارد و در عین حال، کارایی انرژی و قابلیت کشش بالایی را تضمین می‌کند.

آنها همچنین یک طراحی جدید برای الکترودهای خاص با انحنای مشخص معرفی کردند که الکترودها را به بخش‌های مختلف تقسیم می‌کند تا انرژی الکتریکی دستگاه با یکدیگر تداخل نداشته باشد. این نوآوری منجر به افزایش کارایی انرژی تا ۲۸۰ برابر بیشتر از برداشت‌کننده‌های انرژی پیزوالکتریک کششی معمولی شد.

پروفسور جانگ در این باره گفت: “توسعه این فناوری برداشت انرژی پیزوالکتریک قابل کشش با کارایی بالا، یک دستاورد بزرگ در این تحقیق است.” او افزود: “ما انتظار داریم این فناوری پس از تجاری‌سازی، به کارایی عملی برداشت‌کننده‌های انرژی پوشیدنی منجر شود.”

این تحقیق با حمایت برنامه تحقیقاتی STEAM و برنامه تحقیقاتی شخصیت‌سازی آینده بنیاد ملی تحقیقات کره و همچنین برنامه تحقیقاتی دیجیتال بیو NAVER انجام شده است. نتایج این تحقیق در ماه دسامبر در نشریه ACS NANO، که یک نشریه معتبر جهانی در زمینه نانوساینس است، منتشر شد.