Kas Hareketlerinden Giyilebilir Cihazlar İçin Enerji Üretmek

İnsan derisini yük toplacı (kolektör) olarak kullanabilen esnek bir üreteç, kaslarımızın hareketinden elektrik enerjisi üreterek küçük elektronik cihazları çalıştırabiliyor. Posta pulu büyüklüğündeki bu yeni buluş mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirirken durağan (statik) elektrikten yararlanıyor. Sürtünme ile elektrik üretebilen bu cihaz sayesinde yeni giyilebilir algılayıcıların (sensör) hayatımızın bir parçası olması pek muhtemel. Bu tarzdaki algılayıcılar çalışmak için pile ihtiyaç duymuyor. Gerekli enerji, sensörü giyen kişinin yürümek, konuşmak, bir nesneyi tutmak gibi günlük hareketlerinden karşılanıyor. Ulusal Singapur Üniversitesinden (National University of Singapore – NUS) bir grup araştırmacı tarafından IEEE’nin ocak ayındaki Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS 2015) konferansında  tanıtılan aygıt, parmakla hafifçe dokunulduğunda 90 voltluk açık devre gerilimi üretebiliyor. Elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Chengkuo Lee ve çalışma arkadaşları konferansta cihazın ihtiyaç duyduğu gücü kendi kendine karşılayabilen bir algılayıcı olarak kullanılabildiğini gösterdi. Bu giyilebilir sensör, kullanıcının hareketlerini ve eylemlerini izleyebiliyor.

Yıllardır Yürütülen Nano Üreteç Çalışmaları Sonuç Verdi

Bilim insanları senelerdir vücut hareketlerinden elde edilen elektrik enerjisiyle, insan bedenine yerleştirilen aktif tıbbi cihazları ve diğer elektronik aletleri çalıştırabilecek nano üreteçler yapmak için çaba harcıyorlardı. Georgia Teknoloji Enstitüsü araştırıcıları önceden çalışmalarında, mekanik basınca maruz kaldığında elektrik enerjisi üreten piezoelektrik özelliğe sahip malzemeler kullanıyordu. Fakat 2012 yılında araştırıcılar durağan elektriğe dayalı yeni bir üreteç geliştirdiklerini duyurdular. Geçenlerde ise, saçımıza plastik bir balon sürttüğümüzde saçlarımızın havaya kalkmasına neden olan bu statik elektrik etkisini kullanarak stres yayına benzeyen başka bir üreteç daha yapmayı başardılar.

Triboelektrik Etkisi

Birbirinden farklı iki yüzey birbirine temas ettiğinde bu yüzeylerde zıt işaretli elektriksel yük birikir. Sürtünmeden kaynaklanan bu doğal olaya triboelektrik etkisi denir. İki yüzey birbirinden uzaklaştırıldıklarında ya da esnetildiklerinde aralarında potansiyel fark oluşur ve bir yüzeyden diğerine doğru elektrik akımı akmaya başlar. Oluşan bu akım bir elektrot yardımıyla toplanabilir.

Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Chengkuo Lee’nin Ulusal Singapur Üniversitesindeki araştırma ekibi.

İnsan Derisine Dayalı Bir Üreteç

Profesör Lee’nin lisansüstü öğrencisi Lokesh Dhakar neden deriye dayalı bir üreteç yaptıklarını açıklarken “İnsan bedeninin en bereketli yüzeyi olan deri, triboelektrik etkisini gerçekleştirmek için kullanacağımız katmanlardan biri olarak seçildi.” diyor ve ekliyor “Bu tercih sayesinde aygıtın imal edilmesi daha kolay oluyor çünkü katmanlardan birini üretmemiz gerekmiyor. Ayrıca triboelektrik bir madde olan derinin elektron verme yani pozitif yüklenme eğilimi hayli yüksek. Derinin bu özelliği cihazın performansını artırmak için gerçekten çok önemli. Bunun için diğer triboelektrik katmanın negatif yüklenmeye yatkın bir maddeden seçilmesi gerekiyor.” Bu negatif yüzey için Dhakar ve arkadaşları, esnek bir lastik silikon tabaka üzerinde ufak, sütun benzeri binlerce yapı oluşturdular. Bu lastik katmanın altına ise cihazın elektrodu olarak görev yapacak 50 nm kalınlığında bir altın yaprak yapıştırdılar. Sütun yapılar cihazın deriyle temas eden yüzey alanını büyüterek sürtünmeyi ve dolayısıyla üretilen akımı artırıyor. Sütunlar ne kadar dar olursa yüzey alanı da o kadar geniş oluyor.

Test Sonuçları Olumlu

Ekip, cihazı bir kobayın önkoluna ve boğazına bağlayarak sınamak istedi. Yumruk sıkma ve konuşma eylemleri sırasıyla 7,3V ve 7,5V büyüklüğünde gerilimler üretti. Araştırmacılar cihazı aynı zamanda insan hareketi/eylemi algılayıcısı olarak da denediler ve cihazı deneğin önkoluna iliştirerek nesneleri alıp bırakma sırasında meydana gelen nabzı ölçmeyi başardılar. Cihaza hafifçe vurularak en yüksek 90V’luk bir gerilim ve 0.8mW’lık güç üretildi. Bu, 12 adet ticari LED’i yakabilecek bir enerji anlamına geliyor.

Esneklik ve İnsan Cildine Uyum

Georgia Teknoloji Enstitüsü’nden bir araştırma grubu da 2013 yılında yine insan cildine dayalı triboelektrik bir üreteç meydana getirdiklerini duyurdular. Onların üreteci çok daha büyüktü, şeffaftı ve 1000V gibi çok büyük bir gerilim üretebiliyordu. Dhakar bu buluş hakkında şunları söyledi: “Fakat onların üretecinde bazı sınırlamalar mevcut. Elektrot olarak kullandıkları indiyum kalay oksit (ITO) fazla esnek olmayan bir madde. Bizim ekibimizin amacı ise cihazımızı olabildiğince esnek yaparak insan tenine her boyutta uyumlu olabilmesini sağlamaktı.”

KAYNAK

Prachi Patel “Skin-Based Generators Scavenge Muscle Motion to Power Wearables” IEEE Spektrum. Yayınlanma Tarihi: 28 Ocak 2015. Erişim Tarihi: 08 Şubat 2015 http://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/devices/skinbased-generators-scavenge-muscle-motion-to-power-wearables

Reklamlar

Merhaba, Bilgi Şöleni'ne hoş geldiniz. Ben Bahadır, bu ağ güncesinin yazarıyım. Boğaziçi Üniversitesinde Elektrik-Elektronik Mühendisliği okuyorum. Bu günceyi tutmaktaki amacım yabancı dillerdeki bilimsel yazıları takip ederek dilimize aktarmak ve insanlarımızı bilimsel gelişmelerden haberdar etmek. Yazılarımı yazarken beni en çok zorlayan şey yabancı kökenli kavram ve terimler için Türkçe karşılıklar aramak. Ne yazık ki sözlükler bu konuda her zaman yararlı olmuyor. Lütfen önerilerinizi, görüşlerinizi ve yorumlarınızı benimle paylaşın. Bu beni gerçekten memnun eder. Blog sayfasında hoş vakit geçirmeniz dileğiyle...

Tagged with: , , , , , , , , , , , , ,
Sürdürülebilir Teknoloji kategorisinde yayınlandı

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s

Arşivler
Follow Bilgi Şöleni on WordPress.com
%d blogcu bunu beğendi: