باتریها به تاریخ می‌پیوندند

اکنون تحقیقات جدید دانشمندان نشان داده است که دستگاه‌های بهره‌مند از فناوری‌های روز دنیا می‌توانند در آینده با تبدیل امواج فشرده به انرژی، به گونه‌ای خودتوانمند شوند و نیازی به باتری نداشته باشند. در حقیقت باید گفت در آینده‌ای نه‌چندان دور واژه‌ای به نام <شارژ کردن> وجود نخواهد داشت.

نتایج یافته‌ها و تلاش‌های اخیر دانشمندان که در نشریه Physical Review منتشر شده است می‌تواند در فرآیند طراحی و ساخت دستگاه‌ها و سامانه‌های الکترونیک همچون لپ‌تاپ‌ها، سامانه‌های ارتباط شخصی و دستگاه‌های مرتبط با رایانه‌ها که نیاز کمی به انرژی الکتریکی دارند، تاثیرات بالقوه‌ای داشته باشد. از آن گذشته، استفاده از این دانش جدید که البته هنوز به مرحله ارائه فناوری عملی و قابل استفاده نرسیده است در وضعیت‌هایی نظیر مناطق جنگی و سفرهای طولانی‌مدت در بیابان‌ها و قطب بسیار کاربردی خواهد بود.

عرصه تکنولوژیکی نوینی که در پشت این داستان قرار دارد، «فیزوالکتریک» نام دارد که هدف اصلی آن ارائه سامانه‌های الکترونیک خودتوانمند است. در این فرآیند، نیاز فعلی برای استفاده از منابع تامین انرژی قابل جایگزینی نظیر باتری‌ها حذف می‌شود و البته این نکته بسیار مهمی است. فیزوالکتریک موادی نظیر کریستال‌ها یا سرامیک هستند که حجم قابل توجهی از ولتاژ الکتریکی را تولید می‌کنند. تولید الکتریسیته در این مواد زمانی صورت می‌گیرد که از شکل خاصی از فشار مکانیکی نظیر فشردن استفاده شود.

البته به نظر می‌رسد مفهوم نهفته در این ایده چیز چندان جدیدی نباشد. طی جنگ جهانی اول از این ایده در طراحی و ساخت ردیاب‌های صوتی استفاده شد که اکنون در فندک خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد. فشرده شدن دکمه فندک موجب ایجاد تاثیری ویژه روی ماده کریستالی فیزوالکتریکی می‌شود که در نقطه مقابل ولتاژ کافی برای تولید جرقه و به آتش کشیده شدن گاز آزاد شده تولید می‌شود.

با نگاهی دقیق‌تر می‌توان سایر مکانیسم‌ها را بجز فشردن پیدا کرد. این مکانیسم‌ها می‌توانند امواج فشرده کافی را برای تامین انرژی لازم جهت تولید جرقه در مواد فیزوالکتریکی ایجاد کنند. بهتر است تلفن همراه خودتوانمندی را تصور کنید که هرگز به شارژ شدن نیازی نداشته باشد؛ زیرا در این دستگاه امواج صوتی که به وسیله کاربر تولید می‌شوند، به عنوان انرژی الکتریکی لازم برای زنده نگاه داشتن تلفن همراه به کار گرفته می‌شود!

در حال حاضر برخی اماکن ورزشی در اروپا نیز به استفاده از مواد فیزوالکتریکی برای تولید خودکار منابع انرژی روی آورده‌اند. در زیر کف این مکان‌ها از مواد فیزوالکتریکی استفاده شده است تا فشار تولید شده از حرکات پای ورزشکاران به انرژی لازم برای روشن نگاه داشتن لامپ‌ها و سامانه‌های روشنایی بخش تبدیل شود. نکته جالب دیگر این است که در یک باشگاه ژیمناستیک در هنگ‌کنگ از این فناوری نوین برای هدایت انرژی تولید شده از حرکات بدن ورزشکاران به سامانه‌های تولید انرژی الکتریکی و راه‌اندازی سامانه‌های روشنایی‌بخش و پخش‌کننده موسیقی استفاده می‌شود.

طاهر کاگین، از محققان دانشگاه تگزاس که در را‡س مهم‌ترین پروژه طراحی و ساخت سامانه‌های الکتریکی خودتوانمند جهان قرار دارد، با همکاری گروهی دیگر از محققان دانشگاه هوستون به مطالعه دقیق مفهوم فیزوالکتریک پرداخته است. در این پروژه آنها 9 ماده مختلف فیزوالکتریک را در ابعاد نانویی مورد تجزیه و تحلیل دقیق قرار داده‌اند. به عقیده این محققان، مطالعه مواد فیزوالکتریک در ابعاد میکروسکوپیکی، تلاشی نسبتا نوین به حساب می‌آید. با این حال گام اصلی در این فرآیند، جهش به سوی ارائه تلفن‌های همراه خودتوانمند و سایر سامانه‌های قابل حمل و دستگاه‌های فوق‌مدرن عنوان شده است. محققان این پروژه در بخشی از تلاش‌های اخیر خود و به طور خاص، گونه‌ای از مواد فیزوالکتریک را کشف کرده‌اند که می‌تواند خروجی انرژیک خود را دو برابر کند و این رویداد خیره‌کننده، تنها در زمانی صورت می‌گیرد که این ماده در ابعاد بسیار کوچک به کار گرفته شود.

در این مورد خاص، محققان از ماده فیزوالکتریکی به ضخامت تنها 21 نانومتر استفاده کرده‌اند. کاگین در توصیف یافته‌های اخیر تیم تحقیقاتی‌اش می‌گوید: این ماده که هم‌اکنون بشدت مشغول بررسی و تجزیه و تحلیل آن هستیم، مشخصه بارزی دارد و آن برخورداری از مکانیسم لازم برای جذب انرژی است.

برآورد ما این است که با تبدیل این ماده به ابعاد نانویی، عملکرد مکانیکی این ماده در جذب انرژی حرکتی و تولید آن به الکتریسیته افزایش پیدا می‌کند.

اکنون به دنبال آن هستیم تا بدانیم با کوچک‌تر کردن این ابعاد، آیا جریان ثابت الکتریکی بیشتری نیز تولید خواهد شد یا نه؟

البته کاگین به این حقیقت دست یافته است که با تغییر این ضخامت، یعنی استفاده از ماده فیزوالکتریکی کمتر و یا بیشتر از 21 نانومتر، قابلیت ماده در تبدیل انرژی به الکتریسیته کاهش خواهد یافت. وی معتقد است هرگونه تغییر در این ضخامت می‌تواند تاثیر قابل توجهی در تولید انرژی مورد نیاز داشته باشد؛ چون صحبت درباره ابعاد بسیار کوچک نانویی است.

آنچه که این محقق و سایر محققان در مراکز تحقیقاتی جهان در حال بررسی آن هستند، می‌تواند به ایجاد تحولی شگرف در دانش تولید سامانه‌های آینده منجر شود. طراحی و ساخت سامانه‌هایی که بدون استفاده از منبع تامین انرژی نظیر باتری‌ها کار کنند، یکی از جذاب‌ترین مفاهیم علمی است که چندصباحی است سوژه تحقیقات دانشمندان شده و چشم‌انداز روشنی برای آن تصور شده است. این چشم‌انداز در حالی از هم‌اکنون رنگ و بوی جدی به خود گرفته است که یکی از مهم‌ترین چالش‌های فراروی بشر در حال حاضر و بخصوص آینده، تامین انرژی است.

زهرا شفاعت