نجح باحثون في تطوير نموذج إلكتروني جهاز مرن ومتين يمكنه حصاد الطاقة من حرارة الجسم وتحويلها إلى كهرباء يمكن استخدامها لتشغيل إلكترونيات صغيرة، مثل البطاريات أو أجهزة الاستشعار أو مصابيح LED.
كما يتميز هذا الجهاز بالمرونة، فهو لا يزال يعمل حتى بعد ثقبه عدة مرات ثم تمديده 2000 مرة.
ابتكار جهاز يستمد طاقته من حرارة الجسم
وبحسب نتائج البحث المنشور في مجلة Advanced Materials، أوضح الباحثون أن هذا الجهاز يعد ابتكارًا مثيرًا. إذ يعمل فور وضعه على الجلد على إضاءة مصباح LED باستخدام حرارة الجسم فقط.
ويكون الجهاز معتمدًا على تقنيات جديدة تسمح له بتحويل حرارة الجسم مباشرة إلى طاقة كهربائية. وهو إنجاز لم يكن من الممكن تحقيقه في السابق باستخدام الأجهزة التقليدية.
ومن أبرز جوانب الابتكار في هذا الجهاز مرونته الشديدة مقارنة بالأجهزة التقليدية الصلبة والهشة التي تعتمد على الحرارة لتوليد الكهرباء. حيث صمم فريق البحث الجهاز ليتلاءم تمامًا مع شكل ذراع الإنسان، ويبقى فعالًا حتى بعد ثقبه أو تمديده بشكل متكرر.
أهمية الجهاز المرن
وأكد فريق البحث أن هذا الجهاز يمكن استخدامه في تطبيقات مختلفة، مثل تركيبه على الأجهزة الإلكترونية التي تسخن أثناء التشغيل، مثل خوادم مراكز البيانات، للاستفادة من الحرارة المهدرة في تشغيل أجهزة الاستشعار لمراقبة درجة الحرارة والرطوبة؛ ما يساعد في تقليل استهلاك الطاقة.
قال المؤلف الرئيسي محمد مالاكوتي، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية بجامعة واشنطن: “كانت هذه الرؤية تراودني منذ زمن طويل. عندما تضع هذا الجهاز على بشرتك، فإنه يستخدم حرارة جسمك لتشغيل مصباح LED بشكل مباشر. وبمجرد وضع الجهاز، يضيء مصباح LED. لم يكن هذا ممكنًا من قبل”.
تم تصميم هذا الجهاز من الصفر. حيث بدأ الباحثون بالمحاكاة لتحديد أفضل مزيج من المواد وهياكل الجهاز ثم قاموا بإنشاء جميع المكونات تقريبًا في المختبر.
تصميم الجهاز
تتكون هذه الأجهزة من ثلاث طبقات رئيسية، في الوسط توجد أشباه موصلات حرارية كهربائية صلبة تقوم بعمل تحويل الحرارة إلى كهرباء. وتحيط بأشباه الموصلات هذه مركبات مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ذات موصلية حرارية منخفضة؛ ما يعزز تحويل الطاقة، ويقلل من وزن الجهاز.
ولتوفير القدرة على التمدد والموصلية والشفاء الذاتي الكهربائي، يتم توصيل أشباه الموصلات بخطوط معدنية سائلة مطبوعة.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تضمين قطرات معدنية سائلة في الطبقات الخارجية لتحسين نقل الحرارة إلى أشباه الموصلات والحفاظ على المرونة؛ لأن المعدن يظل سائلًا في درجة حرارة الغرفة.
وأشار الباحثون أيضًا إلى أنه يمكن استخدام هذا الجهاز لتسخين أو تبريد الأسطح، وهو ما قد يفتح الباب لاستخدامه في تقنيات الواقع الافتراضي وغيرها من الأجهزة القابلة للارتداء لخلق إحساس بالحرارة أو البرودة على الجلد، وتعزيز راحة مستخدمي هذه الأجهزة بطرق جديدة ومبتكرة.