یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه گلاسکو در حال توسعه یک نانوژنراتور تریبوالکتریک پارچه ای است که قابلیت تامین نیازهای مربوط به انرژی در سیستم های پوشیدنی را دارد.
به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، اثر تریبوالکتریک در همه جای زندگی روزمره ما به چشم می خورد. این اثر در واقع نوعی از الکتریسیته تماسی است که در آن مواد اولیه مشخص پس از تماس با مواد اولیه مختلف دارای بار الکتریکی می شوند. هرچند که این اثر صدها سال پیش توسط دانشمندان شناخته شده بود اما نخستین نانوژنراتور تریبوالکتریک(TENG) جهان در سال 2012 ساخته شده است.
از آن زمان به بعد محققان بر روی تکامل این نانوژنراتورها تمرکز کرده و نهایتا در سال 2014 نخستین نانوژنراتور تریبوالکتریک پارچه ای(T-TENG) را عرضه کردند. اساسا این نانوژنراتورها برای ایجاد بار الکتریکی در اثر تماس به دو منسوج وابسته هستند.
نانوژنراتورهای تریبوالکتریک پارچه ای هرچند که هنوز در ابتدای مسیر رشد خود قرار دارند اما به دلیل انعطاف پذیری، کارایی و سبکی به یکی از فناوری های برداشت انرژی نویدبخش تبدیل شده اند، در نتیجه این تمایل در بخش منسوجات هوشمند پوشیدنی وجود دارد که نانوژنراتورهای تریبوالکتریک پارچه ای به عنوان یک منبع انرژی پایدار جایگزین باتری ها شوند. با این وجود برای تامین انرژی مورد نیاز در سیستم های پوشیدنی باید توان خروجی این نانوژنراتورها تا حد زیادی بیشتر شود. این همان چالشی است که محققان دانشگاه گلاسکو با آن روبرو هستند.
دکتر دنیل مالویهیل، محقق ارشد این پروژه می گوید: "در سال 2017 تحقیق بر روی نانوژنراتورهای بیوالکتریک متداول را آغاز کردیم و به پیشرفت های جالب توجهی نیز رسیدیم. سپس به بررسی مشکلات مربوط به تامین برق مورد نیاز برای فناوری های پوشیدنی پرداختیم که باعث شد به فکر استفاده از منسوجات بیفتیم. منسوجات برای ما جالب توجه هستند چون با وجود این که در حال حاضر توان یک نانوژنراتور تریبوالکتریک پارچه ای نسبتا پایین می باشد اما قطعا از اهمیت زیادی در صنعت فناوری های پوشیدنی برخوردار است. در ابزار الکتریکی جامد توان به w/m2 500 نیز می رسد اما در ابزار الکتریکی پارچه ای این توان بسیار پایین تر است(0/001 تا w/m2 9) و جای زیادی برای بیشتر شدن دارد. در نتیجه ما هدف خود را افزایش توان ابزار الکتریکی پارچه ای قرار دادیم و به نظر می رسد پروژه جذابی باشد."
این پروژه از ژوئن 2021 آغاز شد و چهار سال هم ادامه خواهد داشت.
چالش فوق یک مشکل چند رشته ای است و برای درک و بهینه سازی تمامی جنبه های عملکردی دستگاه مطالعه در زمینه های مختلف از جمله مهندسی الکترونیک، تریبولوژی(دانش بررسی برهم کنش سطح و حرکت)، شیمی مواد و تکنولوژی نساجی لازم است.
دو گروه در دانشگاه گلاسکو بر روی این پروژه کار می کنند: گروه تحقیقات در زمینه تولید و مواد اولیه به سرپرستی دکتر مانویهیل و گروه فناوری حسگرها و اجزای الکترونیکی انعطاف پذیر به سرپرستی پروفسور راویندر داهیا. گروه اول درباره خواص مکانیکی نظیر تریبولوژی و گروه دوم در زمینه طراحی اجزای الکترونیکی، ساخت و یکپارچه سازی فعالیت می کنند.
تیم تحقیقاتی در راستای بهینه سازی انتخاب مواد اولیه، توپوگرافی سطح، طراحی اجزای لیفی و ساختار ابزار الکتریکی برای حداکثر کردن توان آن تلاش می کند. به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، انتخاب ماده اولیه بخش مهمی از پروژه را به خود اختصاص می دهد. آن ها تلاش می کنند تا طراحی ابزار الکتریکی را با استفاده از مواد اولیه نساجی مورد قبول انجام دهند. از آن جایی که تولید این مواد نسبتا ارزان است پس در محصول نهایی نیز قیمت یک عامل بازدارنده نخواهد بود. لازم به ذکر است که اصلاحات زیادی لازم است تا این فرایند به فرایندی مقیاس پذیر و با صرفه اقتصادی تبدیل شود.
نانوژنراتور تریبوالکتریک پارچه ای سپس به یک سیستم حسگر پارچه ای مجهز می شود. عملکرد این نانوژنراتورها به حرکت وابسته است. بنابراین فعالیت هایی نظیر راه رفتن یا حرکت بازو حدود 60 تا 70 وات نیروی جنبشی ایجاد می کند که می توان از آن برای تامین انرژی ابزار الکترونیکی استفاده کرد. محل قرارگیری این نانوژنراتورها باید در قسمت های با انرژی بالا نظیر مفصل آرنج باشد.
سه بخش بزرگی که این نانوژنراتورها در آن قابل استفاده هستند عبارت است از تناسب اندام، محاسبات شخصی و سلامت. از این نانوژنراتورها می توان برای تامین نیروی حسگرهای کنترل فشار خون یا سایر پارامترهای فیزیولوژیکی استفاده کرد.
در گزارش افسر ارشد پزشکی انگلستان در سال 2018 چنین نتیجه گیری شده است که انگلیس باید فناوری هایی نظیر فناوری های پوشیدنی را توسعه دهد تا از این طریق امکان کنترل بیماران از راه دور فراهم شود چون با بررسی لحظه ای و دسترسی به آخرین داده ها از وضعیت بیمار می توان بهترین تصمیم گیری را برای درمان او انجام داد. چه بهتر که تامین نیروی چنین وسایلی با استفاده از منسوجات پوشیدنی باشد چون در غیر این صورت بیماران ناچارند باتری ها را با خود به این طرف و آن طرف حمل کنند.
تیم تحقیقاتی در مسیر تحقیق در مورد نحوه عملکرد نانوژنراتورهای تریبوالکتریکی پارچه ای به نتایجی دست یافته که مهم ترین آن ها ایجاد تغییر در خروجی ابزار الکتریکی است. دستیابی به این هدف فرصت های زیادی را برای انجام تحقیقات کاربردی بیشتر فراهم خواهد کرد.