تولید برق با لباس‌های هوشمند: نوآوری جذاب فناوری!

توسعه یک دستگاه جمع‌آوری انرژی پیزوالکتریک قابل کشش

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

انواع جمع‌آورنده‌های انرژی

جمع‌آورنده‌های انرژی به دو نوع تقسیم می‌شوند: آن‌هایی که بر اساس اثر تریبو الکتریک کار می‌کنند و آن‌هایی که بر اساس اثر پیزوالکتریک عمل می‌کنند. دستگاهی که توسط تیم پروفسور جانگ توسعه یافته، بر اساس اثر پیزوالکتریک است و از فعالیت‌های فیزیکی مانند حرکات کشسانی پوست یا مفاصل، برق تولید می‌کند.

چالش‌های موجود در جمع‌آوری انرژی

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

مزایای دستگاه جدید

دستگاه توسعه یافته توسط تیم پروفسور جانگ بر پایه زیرکونات تیتانات سرب (PZT) است که از کارایی پیزوالکتریک بالایی برخوردار می‌باشد. این ویژگی به این دستگاه امکان می‌دهد تا انرژی بیشتری از حرکات بدن جمع‌آوری کند و به عنوان یک منبع انرژی مؤثر برای دستگاه‌های پوشیدنی عمل کند.

تحقق پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری جمع‌آوری انرژی پیزوالکتریک

PZT (پیزوالکتریک زیرکونیوم تیتانیوم) دارای عملکرد پیزوالکتریک عالی است، اما به دلیل سختی و شکنندگی‌اش، استفاده از آن به عنوان یک دستگاه کشسان دشوار است. با این حال، تیم پروفسور جانگ موفق شد PZT را به یک ساختار سه‌بعدی طراحی کند که نسبت به تغییر شکل حساس نیست و در عین حال کارایی انرژی بالا و قابلیت کشسانی را تضمین می‌کند.

آنها همچنین یک طراحی جدید برای الکترودهای خاص انحنای دستگاه معرفی کردند که الکترودها را به بخش‌های مختلف تقسیم می‌کند تا انرژی الکتریکی دستگاه از بین نرود. این نوآوری منجر به افزایش کارایی انرژی تا ۲۸۰ برابر بیشتر از جمع‌آورنده‌های انرژی پیزوالکتریک کشسان سنتی شد.

پروفسور جانگ در این باره گفت: “توسعه این فناوری جمع‌آوری انرژی پیزوالکتریک کشسان با کارایی بالا، دستاورد بزرگی در این تحقیق است.” او افزود: “ما انتظار داریم این فناوری پس از تجاری‌سازی به کارایی عملی جمع‌آورنده‌های انرژی پوشیدنی منجر شود.”

این تحقیق با حمایت برنامه تحقیقاتی STEAM بنیاد ملی تحقیق کره و برنامه تحقیقاتی آینده‌نگرانه و برنامه تحقیقاتی دیجیتال بیو NAVER انجام شده است. نتایج این تحقیق در ماه دسامبر در نشریه ACS NANO، که یکی از نشریات معتبر جهانی در زمینه نانوساینس است، منتشر شد.