تطوير بطارية صغيرة تعمل بالعرق لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء‎‎

طوّر علماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية بسنغافورة (NTU Singapore) بطارية مرنة وقابلة للمط تعمل بعرق الإنسان. هذه البطارية لا تتطلب سوى 2 مل من العرق لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء لمدة 20 ساعة.

يتكون النموذج الأول من البطارية من أقطاب فضية مطبوعة تولد الكهرباء في وجود العرق. مقاس 2 سم في 2 سم ومسطح مثل ضمادة ورقية صغيرة، صمم الباحثون الجهاز بحجم 0.8 بوصة مربعة فقط وهو مسطح يُشبه الضمادة، يتم لصق البطارية بنسيج مرن ماص للعرق قابل للمط وقابل للارتداء بالأجهزة التي يمكن ارتداؤها، مثل الساعات أو أربطة المعصم أو أحزمة الذراع.

اختبر فريق العلماء أجهزتهم بعرق بشري اصطناعي، لإثبات إمكانية استخدامها عندما يتم دمجها في أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

في تجربة منفصلة، أفاد الفريق أن فرداً يرتدي البطارية حول معصمه ويُمارس التمرينات الرياضية على دراجة ثابتة لمُدّة 30 دقيقة كان قادراً على توليد جهد كهربائي قدره 4.2 فولت وطاقة تبلغ 3.9 ميغاواط.

البطارية يمكن أن تُقلل من النفايات الإلكترونية الضارة

لا تحتوي البطارية على معادن ثقيلة أو مواد كيميائية سامة على عكس البطاريات التقليدية، والتي يتم تصنيعها غالباً باستخدام مواد غير مستدامة ضارة بالبيئة.

تعمل البطارية كبديل أكثر استدامة يمكن أن يُقلل من النفايات الإلكترونية الضارة، ويعكس تطوير البطارية التي تعمل بالعرق التزام NTU بإيجاد حلول للتخفيف من تأثير البشر على البيئة.

يقول البروفيسور لي بوي سي، عميد كلية الدراسات العليا في جامعة NTU ، الذي أشرف على الدراسة: "إن تقنيتنا تُبشر بعلامة فارقة في تصميم الأجهزة القابلة للارتداء، فهي طريقة صديقة للبيئة لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء التي لا تعتمد على البطاريات التقليدية. إنه مصدر شبه مضمون للطاقة التي تنتجها أجسامنا. نتوقع أن تكون البطارية قادرة على تشغيل جميع أنواع الأجهزة القابلة للارتداء".

تم تقديم طلب براءة اختراع للبطارية التي تعمل بالعرق من خلال مؤسسة NTU وشركة الابتكار NTUitive.

يقول الدكتور ليو جيان، زميل أبحاث من كلية NTU لعلوم وهندسة المواد، وهو المؤلف الأول المُشارك في الدراسة: "البطاريات التقليدية أرخص وأكثر شيوعاً من أي وقت مضى، لكنها غالباً ما تُصنع باستخدام مواد غير مستدامة ضارة بالبيئة. كما أنها قد تكون ضارة في الأجهزة القابلة للارتداء، حيث يمكن لبطارية مكسورة أن تُمرر سوائل سامة على جلد الإنسان. يمكن لجهازنا أن يوفر فرصة حقيقية للتخلص من هذه المواد السامة تماماً".

من أجل تسليط الضوء على أهمية العمل الذي قام به فريق البحث في NTU، قالت الأستاذة المساعدة إيرين غولدثورب من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة واترلو، كندا: "من المعروف أن الأجهزة الإلكترونية تفسد في الأغلب من الماء، وبالتالي يتم تغليف الأجهزة القابلة للارتداء بالكامل لحمايتها من العرق. تُحوّل هذه البطارية الجديدة العرق إلى مادة أساسية يمكن الاستعانة بها، قد يفتح هذا باباً جديداً في تصميم الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء".

آلية تشغيل البطارية الجديدة

يتم إنشاء البطارية المصنوعة من قبل NTU عن طريق طباعة الحبر الذي يحتوي على رقائق فضية والبولي، والتي تعمل كأقطاب كهربائية للبطارية، على نسيج قابل للمط.

عندما تتلامس رقائق الفضة مع العرق، تتسبب أيونات الكلوريد والحموضة في تكتل الرقائق معاً، مما يُزيد من قدرتها على توصيل الكهرباء. يتسبب هذا التفاعل الكيميائي أيضاً في تدفق تيار كهربائي بين الأقطاب الكهربائية.

نظراً لأن النسيج المطاطي شديد الامتصاص، فإنه يحتفظ بالكثير من العرق، لذا تظل البطارية تعمل بالطاقة حتى عندما يكون مُعدل التعرق أقل. هذا مهم للعمل المتسق لأن كمية العرق البشري المُفرزة متغيرة وتعتمد على المنطقة التي يوجد فيها الجسم والظروف البيئية والوقت من اليوم.

أضاف البروفيسور لي: "يمكن لجهازنا أن يكون أكثر متانة من التكنولوجيا الحالية، حيث أظهرنا أنه يمكن أن يتحمل الضغط الناتج عن الأنشطة اليومية لمرتديه، والتعرض المتكرر للضغط أو العرق".

يُخطط الباحثون لمواصلة استكشاف تأثيرات المكونات الأخرى للعرق البشري وكيف يمكن لعوامل مثل حرارة الجسم أن تؤثر على أداء البطارية.