تطوير مزودات طاقة مرنة تتكيف مع الجلد

طور باحثون جهازاً قادراً على تسجيل درجات حرارة الجسم أثناء ممارسة الرياضة. يعتمد الجهاز على مزودات طاقة مرنة تحتوي الكترونيات دقيقة، ويمكن وضعها بالتالي على الجلد. وتتكون من خلايا شمسية وبطاريات ودوائر كهربائية صغيرة ملفوفة في عدة طبقات بلاستيكية، بشكل يجعلها قابلة للطي بنسبة ثلاثين بالمائة دون فقدان شيء من الطاقة. عرض فريق البحث من جامعة إلينوي في أوربانا بقيادة جون روجرز، نتائج البحث في مجلة "وقائع" الخاصة بالأكاديمية الأمريكية الوطنية للعلوم PNAS.

ورغم وجود نماذج الكترونية دقيقة لتوليد وتخزين الطاقة الكهربائية لاستخدامها على الجسم، حسب ما كتب الباحثون، إلا أن الطاقة الكهربائية المولدة المنخفضة، أو غياب ليونة المواد المستخدمة كان يقف عائقاً أمام التطبيقات العملية لتلك الابتكارات. لذلك قام فريق البحث بقيادة روجرز بتجربة مواد مختلفة وتصميمات مختلفة للدوائر الالكترونية، حتى توصل لابتكار يمكن تكييفه مع أشكال وحركات الجسم البشري.

ورغم أن الألواح الشمسية والبطاريات والرقائق نفسها ليست مرنة، لكن الابتكار يتعلق بكيفية التوصيل بينها، فقد وضع العلماء 0.5 ميكرومتر، أي واحد على الألف من الميلليمتر، من الأسلاك النحاسية الرقيقة في لفائف، وعند تحريك الوعاء البلاستيكي، تتحرك الأسلاك النحاسية فقط بالقدر الذي يجعلها تعود إلى وضعها الأصلي عند تخفيف الضغط. معظم القوى التي تتولد أثناء التمدد والانحناء، تًصد بطبقة من الجِل محاطة بالأسلاك، وهي محاطة بدورها بعدة طبقات بلاستيكية تهدف لحماية هذه المواد التي تعطي الليونة.

وقد أثبت فريق البحث كفاءة هذا الابتكار في عدة تطبيقات، فكان من الممكن للجهاز قياس درجة حرارة جلد الإنسان أثناء ممارسة الرياضة. ويمكن للجهاز أن يخزن نتائج القياس وإرسالها لاسلكيأً إلى أقرب وحدة اتصال موجودة في المكان. وفي تجارب أخرى تمكن الباحثون من إضاءة مصابيح صمامات ثنائية باعثة الضوء عند تجاوز درجة حرارة معينة. ولأن الجهاز مصنوع بالكامل من البلاستيك، فيمكن استخدامه أيضاً تحت الماء.

علاوة على ذلك، طور العلماء جهازاً مماثلاً، فتم طي رقاقة بلاستيكية مثل الورقة، وهذه المرونة تسمح بإنتاج الالكترونيات بطبقات متعددة يمكن ربطها ببعضها البعض عند الحواف.