گروهی از پژوهشگران دانشگاه پکن برای نخستین بار در جهان نوعی لاستیک ترموالکتریک کشسان ابداع کرده‌اند که می‌تواند اختلاف دمای بین پوست انسان و هوای اطراف را به جریان الکتریکی تبدیل کند. این فناوری نوآورانه پتانسیل شارژ خودکار دستگاه‌های پوشیدنی و ابزارهای پزشکی کم‌وزن را بدون نیاز به باتری‌های حجیم یا شارژ مداوم فراهم می‌آورد.
در سیستم‌های ترموالکتریک سنتی، مواد سخت و شکننده قادر به تحمل کشش نیستند؛ اما تیم دانشگاه پکن با ترکیب پلیمرهای نیمه‌رسانا و الاستومر، شبکه‌ای نانوفیبری طراحی کرد که ضمن رسانایی الکتریکی بالا، تا ۸۵۰ درصد طول اولیه خود را کش می‌آورد و پس از کشش تا ۱۵۰ درصد، بیش از ۹۰ درصد از شکل اصلی‌اش را بازمی‌یابد.
تبدیل گرمای بدن به برق: چطور کار می‌کند؟
در این لاستیک ترموالکتریک، اختلاف دمای معمولی بین حدود ۳۷ درجه سانتی‌گراد (دمای بدن) و ۲۰ تا ۳۰ درجه (دمای محیط) با مکانیزم سیبک سیبکی (Seebeck effect) به جریان الکتریکی تبدیل می‌شود. زمانی که یک سمت لاستیک بر روی پوست قرار گیرد و سمت دیگر در تماس با هوای خنک‌تر باشد، الکترون‌ها حرکت کرده و قدرت مورد نیاز برای تغذیه حسگرها یا نمایشگرهای کوچک تأمین می‌شود.
کاربردهای مورد انتظار در گجت‌ها و پزشکی
- پوشیدنی‌های هوشمند: ساعت‌ها، بندهای ردیاب سلامت و حسگرهای فیتنس می‌توانند بدون نیاز به باتری برقی که از گرمای بدن استحصال می‌شود، به‌طور مداوم کار کنند.
- تجهیزات پزشکی سیار: بیماران قلبی و عروقی که از دستگاه‌های نظارتی سبک‌وزن استفاده می‌کنند، می‌توانند به‌جای باتری‌های سنگین، به این لاستیک ترموالکتریک متکی باشند.
- ارتباطات دوربرد: در شرایط دور از شبکه برق و دسترسی مستقیم به نور خورشید، امکان تغذیه مودم‌های کم‌مصرف یا فرستنده‌های رادیویی با انرژی گرمایی بدن یا آتش فراهم می‌شود.
- پوشاک هوشمند: با تزریق سیم‌های نیمه‌رسانا در پارچه، می‌توان علاوه بر تنظیم دمای لباس، تلفن همراه را نیز در جیب بدون نیاز به شارژر، به‌طور جزئی شارژ کرد.
مزیت لاستیک ترموالکتریک کشسان نسبت به مواد قبلی
پیش از این، مواد ترموالکتریک با رسانایی بالا انعطاف‌پذیر بودند اما کشسانی نداشتند و با کمترین تغییر شکل، عملکردشان کاهش می‌یافت. به گفته لی تینگ، دانشمند ارشد پروژه، «لاستیک ما علاوه بر حالت کشسان، به پوست می‌چسبد و بدون اتلاف انرژی گرمایی، به‌طور نامحدود برق تولید می‌کند.»
چشم‌انداز تجاری و تحقیقاتی
این تیم تحقیقاتی در گام بعدی قصد دارد:
- دوام و پایداری لاستیک ترموالکتریک در دماها و رطوبت‌های مختلف را بهبود دهد.
- روش‌های تولید انبوه و اقتصادی برای استفاده صنعتی در پوشاک و تجهیزات پزشکی توسعه دهد.
- فناوری را در دیگر منابع حرارتی—مانند گرمای موتور یا آتش—به‌کار گیرد تا دامنه کاربرد آن گسترش یابد.
نتایج این مطالعه که در مجله Nature منتشر شده است، نشان می‌دهد ترکیب کشسانی بالا با فناوری ترموالکتریک، آینده انرژی‌های پاک در محصولات پوشیدنی و دستگاه‌های خودران را متحول خواهد کرد. با تجاری‌سازی این لاستیک نوآورانه می‌توان امیدوار بود گام بلندی در جهت حذف باتری‌های یک‌بارمصرف و ارتقای استقلال انرژی وسایل کوچک برداشته شود.
