Table of Contents
وشهدت سوق التكنولوجيا القابلة للارتداء نمواً في مجال المتفجرات خلال العقد الماضي، حيث تراوحت الأجهزة بين أجهزة تعقب اللياقة وأجهزة التبريد الذكية إلى أجهزة المراقبة الطبية، وارتفاع نظارات الواقع إلى درجة التماثل، وتركيب أجهزة الاستشعار ذاتية، وأجهزة المعالجة اللاسلكية، وربطها بعوامل دائمة الترميز، واتباعها في نهاية المطاف، واتباعها في أجهزة الطاقة الكهربائية،
Understanding Energy-Harvesting Wearables
إن معظم أنواع الطاقة المحتوية على طاقة مستهلكة، هي أجهزة تتحول إلى أجهزة متطورة وأجهزة لإدارة الطاقة لتحويل الطاقة الكهرمائية إلى طاقة كهربائية صالحة للاستخدام، والهدف هو إما أن تكون مكملة أو تحل تماما محل البطاريات، وأن تكون أجهزة التشغيل غير محدودة في ظروف الاستخدام العادية، وأن المتغيرات في المغسلة تستخدم الحركة الميكانيكية إلى ربيع الرياح - ولكن التقدم الحديث في مجال الوصلات الدقيقة، والتصميمات ذات الطاقة المنخفضة، والمواد الجديدة.
التكنولوجيات الأساسية لحفر الطاقة
Piezoelectric Energy Harvesting
وتولد مواد التجميل هذه شحنة كهربائية عند التعرض للإجهاد الميكانيكي - الضغط أو الإقراض أو التمدد - في حالة الارتطام، يأتي هذا الإجهاد من حركة الجسم: المشي، أو الركض، أو التأرجح، أو التنفس، أو حتى ضرب القلب، ويظهر المثال الكلاسيكي إضافة لحذاء يحصد الطاقة من ضربات الهيل، ولكن البحوث الحديثة قد أسفرت عن مقاييس ذات الصبغة المرنة أو التجميلية التي يمكن أن تكون مطخ.
Thermoelectric Energy Harvesting
(أ) المولدات الحرارية (التنميط) تستغل تأثيرات السيبيك: فروق درجة الحرارة عبر مواد شبه موصلات تنتج كمية من الطاقة الحرارية، وجهازاً من مصادر الحرارة الثابتة عند مستوى الـ37 درجة مئوية، بينما تكون البيئة المحيطة أكثر برودة، مما يخلق درجة حرارية ثابتة من الحرارة، وعادة ما توضع الفئات القابلة للضغط على المصفوف أو غيرها من المناطق التي يكون فيها الاتصال بالغاز الحراري جيداً ومرن)
جنيــد الطاقة الفولطية
أما الخلايا الدوارة فتتحول الضوء إلى كهرباء، أما بالنسبة للخلايا النسيجية، فهي تستخدم الخلايا الشمسية الرقيقة والمرنة والكفؤة التي يمكن إدماجها في الملابس أو الحقائب الخلفية أو وجوه المراقبة، وتظل أوجه التقدم في السلاسل العضوية للفولطية ذات التوجهات الشمسية، والخلايا الشمسية ذات الحساسية المنخفضة، وتخفف من حدة الوزن الخافت، وتحافظ على كفاءة معقولة في الصيغ الداخلية والخارجية.
مسببات الناجين المتتالية
وتمارس أجهزة الاستنشاق الثلاثية الأطراف على مبدأ كهربة الاتصال والتعريف الكهروستاتية: عندما تصل مواد مختلفة إلى الاتصال ثم تفصل بينها، وتنتج دورات التفريق المكررة التي تولد فيها مقياساً متغيراً، وتبدو جذابة بوجه خاص بالنسبة لأجهزة القياس الكهربي التي يمكن استخدامها في عمليات التنظيف، حيث تُستخدم هذه المادة في عمليات التنظيف المرنة، أو في الوقت نفسه.
الابتكارات والاختبارات المادية الأخيرة
وقد شهد ميدان جمع الطاقة من أجل المصابين بالوباء عدة تطورات تحولية في السنوات القليلة الماضية، ومن أكثرها تأثيرا ارتفاع محصولي الطاقة الهجينة - وهي أجهزة تجمع بين آليتين أو أكثر من آليات التحويل في نظام واحد، مثلا، يمكن أن يدمج نظام كاليفورنيا المزود بالبراميل الفائقة التي تُنتج عن حركة الحصاد مع نموذج حراري يلتقط حرارة الجسم، بالإضافة إلى وجود خلية شمسية مرنة على رأسها.
وثمة تقدم رئيسي آخر يتمثل في استخدام مواد متقدمة مثل مواد الـ 2 دال (الغرافيين، والآكسينات) لتحسين كفاءة تحويل الطاقة، كما أن المركبين المزودين بغاز الفلفين يُظهران زيادة إنتاج الشحنات، بينما تؤدي الكهرباء التراكمية في الغازات الصغيرة إلى الحد من المقاومة الداخلية، كما أن المواد القابلة للتشغيل الذاتي التي يتم تطويرها بصورة تلقائية إلى تحسين القابلية للطباعة للتشذيب، والتحول.
التطبيقات العالمية الحقيقية
وتجد القابلات للزراعة التي تستخدم الطاقة استخداما عمليا في عدة مجالات، منتقلة من النماذج الأولية للمختبرات إلى المنتجات التجارية والمحاكمات الميدانية.
الرعاية الصحية والرصد الطبي
إن الرصد المستمر للصحة - معدل القلب، وجلوكو الدم، ودرجة الحرارة، والتنفس - يتطلب أجهزة استشعار دائما، ويمكن أن تؤدي أجهزة الاستنشاق بالطاقة، والضمادات الذكية إلى توليد الطاقة من حرارة الجسم أو الحركة، مما يزيل الحاجة إلى تغيير البطاريات، وعلى سبيل المثال، فإن مشروع " جهاز الاستشعار الحيوي ذاتي الطاقة " يستخدم جهازاً من طراز TENG لتوليد جهاز رصد ضغط مستشفي مصمم على أساس العرق.
اللياقة والرياضة
ومن الأحذية التي تُستخدم فيها مداخل مُخلّصة للثوبات المُخزّلة إلى ساعات النظام العالمي لتحديد المواقع التي تعمل بالطاقة الشمسية، احتضن السوق الرياضية جني الطاقة، وتُضم شركات مثل شركة سول للطاقة وشركة لومين آيد تُوَجّلَت الآن عبوات مرنة لجلب الطاقة وأجهزة للكهرباء، أما رياضيون يقضون ساعات في الهواء الطلقات فتستفيدون من الطاقة الشمسية، بينما يستفيدون من الحلول المتطورة المُ من التجميلية.
الاستخدام العسكري والتكتيكي
ويحمل الجنود كميات متزايدة من المعدات الإلكترونية: أجهزة اللاسلكي والرؤية الليلية، والجهاز العالمي لتحديد المواقع، ومراقبو الصحة، وأكثر من ذلك، وقد استثمر مختبر البحوث التابع للجيش بشدة في الزي الرسمي لجلب الطاقة الذي يضم الألياف الفائقة الفطائر، وأجهزة التصفيح الحرارية، والزنزانات الشمسية المرنة، ويمكن أن يقلل وزن الجنود في البطاريات، وأن يعزز بدرجة كبيرة من التنقل وتحمل المهام.
Consumer Electronics and IoT
وقد استخدمت مواضع مثل سيكو كينتيك )الشحن الآلي( وشبكة الطاقة الكهربائية المتحركة )العمود( منذ وقت طويل، وهي الجيل القادم من المذيبات الاستهلاكية، التي تهدف إلى أن تكون ذاتية التشغيل تماما، فعلى سبيل المثال، فإن مفهوم " إتش " من سامسونغ يجمع بين الأذنين المرتديتين الحراريتين وجنيهما الفلكي لإبقاء أجهزة محصولية تعمل بصورة طبيعية.
جيم - منح الاستحقاقات الرئيسية
(ب) إن الانتقال إلى استخدام الطاقة، والقابلية للذوبان، هي عوامل متعددة: الاستدامة : الحد من الاعتماد على البطاريات ذات الاستخدام الواحد، وقطع البصمة الكربونية المرتبطة بإنتاج البطاريات وشحنها.
التحديات المتبقية
ورغم التقدم المثير للإعجاب، يجب التغلب على عدة عقبات قبل أن تصبح المواد ذات القدرة على إحداث الاحتراق في الطاقة، [تأثير على المستوى المتوسط] [تتمثل في] [تأثير على المستوى المتوسط]
مستقبل القابلات للزراعة الحرارية
إن آفاق الحصول على الطاقة من المستلزمات ذات الطاقة الارتقاء مشرقة، حيث أن محللي الأسواق يتوقعون معدل نمو سنوي مركب يزيد على ٢٠ في المائة حتى ٢٠٣٠ وفقا لـ ]مكونات الطاقة الحيوية[: صفر[ ]وتكون الطاقة ذاتيا[، فإن إنتاجية الماركيتسوند ماركتس ]الطاقة: ١[، وهي عوامل تحفز على نحو كامل على استخدام نظم ذاتية تجمع بين تكنولوجيات متعددة للحصاد مع متطورة للطاقة )مثلا، بطاريات الطاقة المتناهية الطاقة(.
وباختصار، تمثل القابلات للزراعة في الطاقة تقاربا في الابتكارات في المواد، وتصميم الدوائر ذات الطاقة المنخفضة، والهندسة ذات المركز الإنساني، وفي حين لا تزال هناك تحديات، فإن وتيرة التقدم تشير إلى أن العديد من القابلات التي نستخدمها ستكون في غضون هذا العقد ذاتية جزئيا على الأقل، مما يقلل من اعتمادنا على البطاريات والوقود الأحفوري، وأن الرحلة من الفضول المختبرية إلى الأجهزة العملية ذات الارتداء والنبات.