تقنية عالية الكفاءة لتجميع طاقة اهتزاز الجسم لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة كساعة اليد وآلات حاسبة

تعتبر تقنية حصاد الطاقة الكهروإجهادية، التي تحول مصادر الطاقة الفيزيائية، مثل حركات الجسم، إلى طاقة كهربائية مصدر طاقة من الجيل التالي بسبب كفاءتها العالية في استخدام الطاقة وتوافر مواد مختلفة.

فإن معظم المواد الكهرضغطية الموجودة تحتوي على الرصاص الضار بجسم الإنسان، لذلك، تم استخدام تقنية تجميع الطاقة الكهروإجهادية كمصدر للطاقة للأجهزة الإلكترونية الصغيرة، ولكن كانت هناك مشكلات تتعلق بالسلامة والصحة.

قام فريق بحثي مشترك بقيادة البروفيسور كيم هو-جون من قسم الروبوتات وهندسة الميكاترونكس، والبروفيسور هونج سيون كي من قسم الفيزياء والكيمياء بتطوير تقنية عالية الكفاءة لتجميع الطاقة الكهرضغطية باستخدام مواد متوافقة حيوياً مع مادة البيروفسكايت.

لكسر قيود هذه التقنيات والمواد الحالية، قام فريق البحث بتصنيع مواد CTO بخصائص كهرضغطية ممتازة من بين المواد المتوافقة حيوياً المطبقة على جسم الإنسان، وتحليل خصائصها الكهربائية والفيزيائية والحرارية التفصيلية.

بالإضافة إلى ذلك، نجح الفريق في تطوير مادة مركبة تكون مرنة وقوية ضد التأثير الخارجي عن طريق مزجها بمادة PVDF ، وهي بوليمر كهرضغطية.

تم إجراء اختبار صلاحية الخلية للتحقق من الخصائص المتوافقة حيوياً، نتيجة لذلك، أظهرت المادة المركبة المطورة معدل بقاء مرتفعًا وخصوبة خلوية، مما يشير إلى أنه لن تكون هناك مشكلة حتى عند تطبيقها على جسم الإنسان.

حقق جهاز توليد الطاقة الكهروإجهادية المطور حديثًا جهدًا كهربيًا أقصى يبلغ 20 فولت وتيار 250 أمبير، مما يسمح باستخدامه كمصدر طاقة للأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الآلات الحاسبة الإلكترونية وساعات اليد.

حصاد الطاقة الحركية من اهتزاز الجسم

بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أنه يمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات من خلال التحقق من إمكانية استخدامه في مستشعر اهتزاز يعمل بالطاقة الذاتية، والذي يحصد الطاقة الحركية المتولدة من اهتزاز الجسم.

نظرًا لأن المادة المطبقة في هذه الدراسة مناسبة لجسم الإنسان، فيمكنها حصد الطاقة في الوقت الفعلي من المشي وحركة الجسم أثناء التعلق بأحد أجزاء الجسم، على وجه الخصوص، اقترحت أيضًا إمكانية استخدامه كجهاز استشعار يعمل بالطاقة الذاتية يقيم قدرة المستخدم على ممارسة الرياضة، ووضعية القفز بالحبل من خلال ربط جهاز استشعار بنعل القدم وإجراء تمرين بسيط لقفز الحبل.

وضعية التمرين

أظهرت القياسات التي تم إجراؤها باستخدام تقنية تحليل الشبكة العصبية الاصطناعية (ANN) للتشخيص الفعال لوضع التمرين، أنه كان من الممكن تحديد ما إذا كانت وضعية التمرين صحيحة أم خاطئة بمعدل نجاح مرتفع بلغ 99.63٪.

قال البروفيسور كيم هو-جون من قسم الروبوتات وهندسة الميكاترونكس: “لقد أثبتنا أنه حتى المواد الصديقة للحيوية لها خصائص كهرضغطية ممتازة، وهناك أهمية كبيرة لذلك، حيث يمكننا التغلب على قيود المواد الموجودة”.

وأضاف: “سوف نتحدى تطوير الجيل التالي من مصادر الطاقة الصديقة للبيئة بناءً على هذه النتيجة وسنواصل البحث عن أنظمة الاستشعار التي تعمل بالطاقة الذاتية والتي لا تتطلب طاقة خارجية