قام باحثون بتصنيع ساعة إلكترونية ذاتية التغذية تقوم بحصد الطاقة من حركة مِعصَم مُرتديها لتعمل بشكل مستمر. وعن طريق الجمع بين آليّتين مختلفتين لتحويل الطاقة (الكهرومغناطيسية والتكهرب الاحتكاكي) في مولّدة نانوية هجينة واحدة، حيث تستطيع هذه المولّدة حصاد طاقة أكبر بشكل ملحوظ من الحاصدات السابقة التي تستخدم آلية حصاد واحدة.
العلماء بقيادة Ya Yang من مؤسسة بكين للطاقة النانوية والأنظمة النانوية في الصين، Zhong Lin Wang من مؤسسة جورجيا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأمريكية، قاموا بنشر ورقة بحثية حول المولّدة النانوية الهجينة، وذلك في إصدار حديث من مجلّة ACS Nano.
وصرّحَ Yang لموقع Phys.org: “إن هذا النوع من المولدات النانوية يمكن استخدامها أيضًا لتغذية أجهزة إلكترونية أخرى قابلة للارتداء، مثل عداد الخطى اللاسلكي الذكي لقراءة البيانات حول خطوات المشي، المسافة، والطاقة المُستهلكة”.
وتتكوّن المولّدة النانوية الهجينة هذه من صندوق صغير (3.6 سنتيمترًا X 3.6 سنتيمترًا X 3 سنتيمترًا) بداخله كرة مغناطيسية. عندما يقوم المرتدي بتحريك معصمه، تتحرّك الكرة مولدة بذلك الكهرباء من خلال التأثيرين الكهرومغناطيسي والكهرو-احتكاكي (التكهرب الاحتكاكي). وبسبب التأثير الكهرومغناطيسي، فعندما تصطدم الكرة مع الوشائع المعدنية الست المتواجدات على جوانب الصندوق، يتم حينها تحويل الطاقة الميكانيكية للكرة إلى كهرباء.
وأما التأثير الكهرو-احتكاكي، فيحدث عند فرك مادتين ببعضهما البعض، بشكل مشابه لعملية فرك بالون بشعر رأس شخص ما يؤدي إلى نشوء كهرباء ساكنة. هنا، يلعب رِباط الساعة دور المكوّن الكهرو-احتكاكي، فهو مصنوع من مادتين ذوات قطبية كهرو-احتكاكية مختلفة، هما النايلون ومركّب بوليميري (Polymer)، واللتان تُربَطان بقعر الصندوق وتتصلان بقطبين كهربائيين. عندما تضغط الكرة المتحركة بوزنها على رِباط الساعة، يحتك النايلون مع البوليمير، ويسبب هذا الاحتكاك تولّد شحنات كهرو-احتكاكية، وتدفق الإلكترونات بين القطبين.
اختبر الباحثون كيف يمكن شحن الساعة وتغذيتها بعدة أشكال مختلفة لحركة المعصم، فوجدوا أن أفضل حركة للمعصم هي حركة الفتل التي تستطيع توليد تيار كهربائي يصل حتى 12 ميلي أمبير، الأمر الذي يعني أن استمرار حركة معصم كهذه لمدة 39 ثانية تستطيع تشغيل الساعة باستمرار لمدة 7.5 دقيقة. وبإضافة بطارية أيونات (شوارد) الليثيوم منزلية الصنع لتخزين الطاقة المنتَجة من قِبَل المولّدة النانوية الهجينة، وجد الباحثون أن 32 دقيقة من حركة فتل المعصم يمكنها توليد طاقة كهربائية كافية لتشغيل ساعة المعصم بشكل مستمر لأكثر من 3.5 ساعة. وبالاعتماد على هذه البيانات، قام الباحثون بحساب أن 3.6 ساعة من حركة المعصم يمكنها تشغيل ساعة اليد ليوم كامل من العمل المتواصل.
وبما أن النموذج الأولي الحالي لا يزال كبيرًا نسبيًا في الحجم، حاول الباحثون تقليص الأبعاد عبر استبدال الكرة المغناطيسية بصفيحة مغناطيسية رقيقة، لكنهم وجدوا أن الصفيحة المغناطيسية لا تتحرك بسهولة كالكرة، لذلك فهم يخططون الآن للتحقيق في طرق تصغير المولّد النانوي في المستقبل، كما أنهم يأملون التخلي عن الحاجة لاستخدام بطارية.
فقال Yang: “الخطة المستقبلية هي حل مشكلة مصدر الطاقة للأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، بحيث يمكن لتلك الأجهزة العمل باستمرار دون الحاجة لشحنها بواسطة مصدر طاقة خارجي، ومثاليًا، فإن الطاقة المتحرّضة بحركة جسم الإنسان ستكون كافية لتغذية تلك الأجهزة”.
