ریزشبکه های پوشیدنی: با عرق تغذیه می شوند

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• ژانویه 4، 2023

خلاصه بینش

کاربردهای فناوری پوشیدنی شامل نظارت بر سلامت انسان، روباتیک، رابط انسان و ماشین و غیره است. پیشرفت این برنامه‌ها منجر به افزایش تحقیقات در مورد ابزارهای پوشیدنی شده است که می‌توانند بدون دستگاه‌های اضافی انرژی خود را تامین کنند.

زمینه ریزشبکه های پوشیدنی

محققان در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه دستگاه های پوشیدنی می توانند از ریزشبکه شخصی سازی شده انرژی عرق برای گسترش قابلیت های خود سود ببرند. ریزشبکه پوشیدنی مجموعه‌ای از اجزای جمع‌آوری و ذخیره‌سازی انرژی است که به الکترونیک اجازه می‌دهد مستقل از باتری‌ها کار کند. ریزشبکه شخصی توسط سیستمی برای سنجش، نمایش، انتقال داده و مدیریت رابط کنترل می شود. مفهوم ریزشبکه پوشیدنی از نسخه "حالت جزیره" مشتق شده است. این ریزشبکه ایزوله شامل شبکه کوچکی از واحدهای تولید برق، سیستم های کنترل سلسله مراتبی و بارهایی است که می توانند به طور مستقل از شبکه برق اولیه کار کنند.

هنگام توسعه ریزشبکه‌های پوشیدنی، محققان باید میزان توان و نوع کاربرد را در نظر بگیرند. اندازه برداشت کننده انرژی بر اساس میزان توان مورد نیاز برنامه خواهد بود. به عنوان مثال، وسایل کاشت پزشکی از نظر اندازه و فضا محدود هستند زیرا به باتری های بزرگ نیاز دارند. با این حال، با استفاده از قدرت تعریق، وسایل کاشتنی پتانسیل کوچک‌تر و متنوع‌تر شدن را خواهند داشت.

تاثیر مخرب

در سال 2022، تیمی از مهندسان نانو از دانشگاه سن دیگو، کالیفرنیا، یک «ریزشبکه پوشیدنی» ایجاد کردند که انرژی حاصل از عرق و حرکت را ذخیره می‌کند و انرژی لازم را برای وسایل الکترونیکی کوچک فراهم می‌کند. این دستگاه شامل سلول‌های سوخت زیستی، ژنراتورهای تریبوالکتریک (نانو ژنراتور) و ابرخازن‌ها است. تمام قطعات انعطاف پذیر و قابل شستشو در ماشین لباسشویی هستند و برای پیراهن ایده آل هستند. 

این گروه اولین بار در سال 2013 دستگاه‌های جمع‌آوری عرق را شناسایی کردند، اما از آن زمان این فناوری برای جا دادن وسایل الکترونیکی کوچک قدرتمندتر شده است. ریزشبکه می تواند ساعت مچی LCD (نمایشگر کریستال مایع) را به مدت 30 دقیقه در طول 10 دقیقه دویدن و 20 دقیقه استراحت نگه دارد. برخلاف ژنراتورهای تریبوالکتریک، که قبل از حرکت کاربر، الکتریسیته را تامین می‌کنند، سلول‌های سوخت زیستی با عرق فعال می‌شوند.

تمام قطعات به صورت یک پیراهن دوخته شده و با سیم‌های نقره‌ای نازک و انعطاف‌پذیر که روی پارچه چاپ شده و برای عایق‌کاری با مواد ضد آب پوشانده شده‌اند، به هم متصل می‌شوند. اگر پیراهن با مواد شوینده شسته نشود، اجزا از طریق خم شدن مکرر، تا کردن، مچاله شدن یا خیساندن در آب، خراب نمی شوند.

سلول های سوخت زیستی در داخل پیراهن قرار دارند و انرژی را از عرق جمع آوری می کنند. در همین حال، ژنراتورهای تریبوالکتریک در نزدیکی کمر و کناره های تنه قرار می گیرند تا حرکت را به الکتریسیته تبدیل کنند. هر دوی این اجزا در حین راه رفتن یا دویدن، انرژی را جذب می‌کنند، پس از آن ابرخازن‌های بیرونی پیراهن انرژی را به‌طور موقت ذخیره می‌کنند تا برق وسایل الکترونیکی کوچک را تامین کنند. محققان علاقه مند به آزمایش بیشتر طرح های آینده برای تولید برق در زمانی که یک فرد غیرفعال یا ساکن است، مانند نشستن در داخل یک دفتر، هستند.

کاربردهای ریزشبکه های پوشیدنی

برخی از کاربردهای ریزشبکه های پوشیدنی ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

• ساعت‌های هوشمند و هدفون‌های بلوتوثی که در حین ورزش، دویدن یا دوچرخه‌سواری شارژ می‌شوند.
• وسایل پوشیدنی پزشکی مانند تراشه‌های زیستی که توسط حرکات یا گرمای بدن فرد استفاده می‌شود.
• لباس شارژ بی سیم که انرژی را پس از پوشیدن ذخیره می کند. این پیشرفت ممکن است به لباس اجازه دهد تا انرژی را به وسایل الکترونیکی شخصی مانند گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها منتقل کند.
• انتشار کربن کمتر و مصرف انرژی کمتر، زیرا مردم می توانند همزمان با استفاده از وسایل خود، آنها را شارژ کنند.
• افزایش تحقیقات در مورد سایر عوامل شکل بالقوه ریزشبکه های پوشیدنی، مانند کفش، پوشاک و سایر لوازم جانبی مانند مچ بند.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• چگونه یک منبع انرژی پوشیدنی می تواند فناوری ها و برنامه های کاربردی را افزایش دهد؟
• چنین وسیله ای چگونه می تواند در کار و کارهای روزمره به شما کمک کند؟