تولید ۲۸۰ برابری برق از حرکت بدن

یک جرعه ازجهان دانش

بهارسادات موسوی

[ گزارش ازپژوهش های تازه ]

مهندسان در کره جنوبی موفق به ابداع دستگاهی با یک معماری سه بعدی جدید شده‌اند که تولید برق ناشی از حرکت بدن را ۲۸۰ برابر کارآمدتر می‌کند.

محققان موسسه علم و فناوری دائگو جیونگبوک(DGIST) در کره جنوبی یک دستگاه جمع‌آوری انرژی بسیار کارآمد ساخته‌اند که حرکات بدن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

قابل ذکر است که این دستگاه جدید ، ۲۸۰ برابر بازده تبدیل انرژی بیشتری نسبت به برداشت کننده‌های انرژی پیزوالکتریک معمولی دارد.

این دستگاه از اثر پیزوالکتریک استفاده می‌کند ، پدیده‌ای که در آن مواد خاصی در پاسخ به فشار مکانیکی ، بار الکتریکی تولید می‌کنند. این بدان معنی است که فعالیت‌هایی مانند راه رفتن ، خم شدن یا حتی حرکات ظریف بدن را می‌توان برای تولید برق مورد استفاده قرار داد.

مواد پیزوالکتریک دارای یک عدم تقارن ذاتی در توزیع بار خود هستند و هنگامی که تحت فشار مکانیکی مانند خم شدن یا کشش قرار می‌گیرند ، این عدم تقارن بیشتر تقویت می‌شود و منجر به جدایی بارها و تولید پتانسیل الکتریکی در سراسر ماده می‌شود.

این تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی اساس برداشت انرژی پیزوالکتریک را تشکیل می‌دهد.

محدودیت‌های موجود

در حالی که مفهوم برداشت انرژی پیزوالکتریک جدید نیست ، کاربرد آن در دستگاه‌های پوشیدنی به دلیل محدودیت در خواص این مواد و طراحی دستگاه‌ها با مانع مواجه شده است.

پروفسور جانگ کیونگ-این(Jang Kyung-In) سرپرست این مطالعه گفت: در مراحل اولیه تحقیقات ، دستگاه‌های پیزوالکتریک غیرآلی که امکان برداشت کارآمد انرژی از ارتعاشات با فرکانس بالا را فراهم می‌کردند به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتند. با این حال ، این طرح‌های مرسوم ، زمانی محدود می‌شوند که در قالب‌های انعطاف‌پذیر و قابل کشش اعمال شوند.

بسیاری از مواد با پاسخ‌های پیزوالکتریک قوی ، مانند سرب زیرکونات تیتانات( PZT ) ، ذاتاً سخت و شکننده هستند. این باعث می‌شود آن ها برای ادغام در دستگاه‌های پوشیدنی انعطاف پذیر و راحت ، نامناسب باشند.

غلبه بر چالش‌ها در طراحی مواد

تیم تحقیقاتی کره‌ای از طریق مهندسی مواد نوآورانه بر این مانع غلبه کرد. آن ها یک ساختار سه بعدی منحصر به فرد ابداع کردند که امکان استفاده از PZT را در عین حفظ درجه بالایی از انعطاف پذیری و کشش فراهم می‌کند.

در این مطالعه آمده است: ساختارهایی با قابلیت خمش سه بعدی به طور گسترده‌ای برای ایجاد کشش به دستگاه‌ها استفاده شده است. این تضمین می‌کند که دستگاه می‌تواند برای پوشیدن راحت و بدون مزاحمت با بدن انسان مطابقت داشته باشد.

علاوه بر این ، محققان یک طرح الکترود جدید را معرفی کردند. این طرح که به آن «الکترود جفت مخصوص انحنا» گفته می‌شود ، با جلوگیری از لغو بارهای الکتریکی تولید شده در طول حرکت ، جذب انرژی کارآمد را تضمین می‌کند. این امر به میزان قابل توجهی به کارایی کلی دستگاه کمک می‌کند.

محققان افزودند: این طراحی لغو معمولی خروجی الکتریکی مشاهده شده در سیستم‌های معمولی را دور می‌زند و تضمین می‌کند که هر بخش از نانو ژنراتور به طور مؤثری به تولید کلی انرژی کمک می‌کند.

مفاهیم و جهت‌گیری‌های آینده

این برداشت کننده انرژی بسیار کارآمد ، راه را برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی خودکار هموار می‌کند.

چنین دستگاه‌هایی به طور بالقوه می‌توانند نیاز به شارژ مکرر باتری یا تعویض آن را در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله ساعت‌های هوشمند، ردیاب‌های تناسب اندام و حسگرهای پزشکی برطرف کنند.

این پژوهش نشان دهنده یک گام بزرگ رو به جلو در زمینه فناوری پوشیدنی است. رویکرد نوآورانه این تیم برای طراحی مواد و پیکربندی الکترود ، دستگاهی را به وجود آورده است که این پتانسیل را دارد که نحوه قدرت‌گیری دستگاه‌های پوشیدنی خود را تغییر دهد.

تحقیق و توسعه بیشتر بر بهینه‌سازی این فناوری برای کاربردهای تجاری و بررسی پتانسیل کامل آن در دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی مختلف متمرکز خواهد بود.

 

ماده ای که لباس را نامرئی می کند

محققان چینی ماده ای ابداع کرده اند که پس از به کار رفتن روی لباس آن را نامرئی می کند.
به گزارش اینترستینگ انجینرینگ، موجوداتی مانند مارمولک و اختاپوس استاد استتار در طبیعت هستند. استتار یک استراتژی مهم نظامی است که توانایی دشمن برای مکان یابی و حمله نیروهای دیگر را محدود می کند.

اکنون گروهی از محققان یک ماده پیشرفته با قابلیت تغییر رنگ به نام «فتوکرومیسم خود تطبیقی» ‌(SAP) ابداع کرده اند. این ماده جدید می تواند در واکنش به محیطش مشابه مارمولک رنگ خود را تغییر دهد. محققان مدعی شده اند هنگامی که این ماده روی لباس به کار می رود، فرد را نامرئی می کند. وانگ دانگ شنگ از دانشگاه علم و فناوری الکترونیک این پژوهش را رهبری کرده است.

سیستم های استتار فعلی محدودیت هایی دارند زیرا شامل قطعات الکترونیکی هستند که ساختارهای پیچیده باکارآمدی اندک و هزینه بالا هستند.

مواد SAP جدید ساده تر ، سهل الاستفاده تر و ارزان تر هستند. کلید اصلی این روند ساختار مولکولی است که تغییر رنگ تحت شرایط نوری محیطی را نمایش می دهد.
هنگامی که این ماده در معرض طول موج خاصی از نور قرار می گیرد ، مولکول ها آرایش خود را تغییر می دهند و در نتیجه رنگ ماده تغییر می کند. مواد مذکور را می توان با افزودنِ گیرنده (DASAs) و رنگ های ارگانیک ترکیب کرد تا به ویژگی های تغییر رنگ دست یافت.

دربخشی از تحقیق آمده است: مواد SAP درتاریکی سیاه رنگ هستند و به طور خودجوش براساس نور منتقل شده و منعکس شده در پس زمینه به رنگی دیگر تبدیل می شوند. محققان ۲ آزمایش انجام دادند تا قابلیت های مواد SAP را نمایش دهند. در آزمایش نخست یک محفظه شفاف از محلول SAP در جعبه های رنگی آکریلیک(قرمز ، سبز ، زرد و سیاه) قرار گرفت. رنگ محلول SAP تغییر کرد تا با رنگ محیط جعبه اکریلیک محیطیش یکسان شود.

در آزمایش دیگر ، ظرف پر از محلول SAP در محیط‌هایی با رنگ‌های همسان (خوشه‌های گیاهی قرمز ، سبز یا زرد) قرار داده شد. جالب اینجاست که این محلول رنگ خود را طوری تطبیق داد که در مدت ۳۰ تا ۸۰ ثانیه به طور یکپارچه با محیط اطراف ترکیب شود.

 

حسگرهای رشته‌ای که می‌توانند پرواز را متحول کنند

حسگرهای رشته‌ای که با الهام از بال‌های مرغ مگس‌خوار ساخته شده‌اند ، با تقلید از روش پرواز آن می‌توانند جهت جریان ضعیف هوا را به کمک یادگیری ماشینی تشخیص دهند.

سنجش باد با الهام از طبیعت به کمک حسگرهای فشار نصب‌شده روی بال‌های انعطاف‌پذیر می‌تواند راهبرد کنترل پرواز رباتیک را متحول کند.

به نقل از تک اکسپلور ، پژوهشگران «مؤسسه علوم توکیو»(Science Tokyo) روشی را برای تشخیص جهت باد با دقت ۹۹ درصد ارائه داده‌اند که با استفاده از هفت حسگر فشار روی بال و یک مدل شبکه عصبی کار می‌کند. این فناوری که با الهام از گیرنده‌های طبیعی فشار در پرندگان و حشرات ابداع شده است ، فرصت‌های جدیدی را برای بهبود کنترل و سازگاری ربات‌های هوایی بال‌دار در شرایط گوناگون وزش باد فراهم می‌کند.

حشرات و پرندگان دارای گیرنده‌های مکانیکی روی بال‌های خود هستند که داده‌های مربوط به فشار را جمع‌آوری می‌کند و به کنترل پرواز آن ها کمک می‌کند. این گیرنده‌ها تغییرات رخ‌داده را در باد ، حرکت بدن و شرایط محیطی تشخیص می‌دهند و امکان تنظیمات را در طول پرواز فراهم می‌کنند. پژوهشگران با الهام از بال طبیعی به بررسی این موضوع پرداختند که چگونه حسگر نصب‌شده روی بال می‌تواند اطلاعات را درباره محیط اطراف با استفاده از یک ربات استخراج کند.

گروه پژوهشی مؤسسه علوم توکیو به سرپرستی «هیروتو تاناکا»(Hiroto Tanaka) دانشیار این موسسه ، استفاده از حسگرهای فشار نصب‌شده روی بال‌های انعطاف‌پذیر را که شبیه‌ساز حرکات مرغ مگس‌خوار هستند ، برای تشخیص دقیق جهت‌ جریان باد بررسی کردند.

تاناکا گفت: ربات‌های کوچک هوایی به دلیل محدودیت‌های شدید وزن و اندازه نمی‌توانند به عنوان دستگاه‌های رایج سنجش جریان باد مورد استفاده قرار بگیرند. از این رو ، اگر بتوان از روش ساده سنجش روی بال برای تشخیص مستقیم جریان باد بدون وسایل اختصاصی اضافی استفاده کرد، یک روش کارآمد خواهد بود.

پژوهشگر هفت حسگر فشارسنج را که به طور گسترده از عناصر تجاری کم‌هزینه استفاده می‌کنند ، به یک ساختار بال انعطاف‌پذیر شبیه به بال‌ مرغ مگس‌خوار متصل کردند. بال‌ها به یک مکانیسم حرکت متصل شدند که بال زدن به سوی عقب و جلو را با سرعت ۱۲ چرخه در ثانیه ایجاد می‌کرد.

تاناکا گفت: این پژوهش کمک می‌کند بفهمیم که پرندگان و حشرات چگونه می‌توانند باد را از طریق حس کردن فشار روی بال‌های خود حس کنند. نتایج این پژوهش برای کنترل پرواز سودمند هستند. همین سیستم را می‌توان در ربات‌های بال‌دار با استفاده از حسگرهای فشارسنج ساده تحقق بخشید. این پژوهش در مجله «Advanced Intelligent Systems» به چاپ رسیده است.

 

نابودی لشکر پهپادها در چند ثانیه

سربازان انگلیسی سلاح انرژی هدایت فرکانس رادیویی (RFDEW) را با قابلیت نابود کردن انبوهی از پهپادها در چند ثانیه ابداع کردند.

به گزارش اینترستینگ انجینرینگ، سیستم RFDEW به عنوان یک اسلحه مهم معرفی شده که می تواند با هزینه ای اندک لشکر پهپادها را با کمک امواج رادیویی نابود کند. علاوه بر آن وزارت دفاع انگلیس اعلام کرد این یک اسلحه تمام عیار با قابلیت مقابله با تهدیدهای زمینی ، هوایی و دریایی است.

همچنین این اسلحه قادر به شناسایی، ردیابی ، و درگیر شدن با چند تهدید به طور همزمان است. اسلحه جدید آمازیش شده با سلاح «دراگون فایر» متمایز است. دراگون فایر یک اسلحه با انرژی لیزری هدفمند است که از این اشعه برای از بین بردن وسایل نقلیه هوایی بی سرنشین و لشکر پهپادها استفاده می کند. اما به طور متضاد RFDEW از امواج رادیویی برای نابود کردن هواپیماهای بی سرنشین استفاده می کند.

در بیانیه وزیر دفاع انگلیس در این باره آمده است: اسلحه مذکور از امواج فرکانس بالا برای اختلال یا رساندن آسیب جدی به قطعات الکترونیک داخل دستگاه هایی مانند پهپاد ها استفاده می کند و سبب می شود آن ها از کاربیفتند یا از آسمان سقوط کنند.

همچنین ادعا شده RFDEW می تواند اهداف در فاصله یک کیلومتری را به سرعت خنثی کند. همچنین این سلاح در مقایسه با دیگر روش های مقابله با پهپاد ارزان تر است و می تواند با هزینه ۱۳ سنت به ازای هر بار شلیک پهپاد ها را نابود کند.

در کنار این موارد اسلحه مذکور مجهز به سطح بالایی از اتوماسیون است و به همین دلیل حتی یک نفر قادر به راهبری آن است.