Yeni Devre Tasarısı Giyilebilir Devre Jeneratörü
Esnek geçirgen polimerler kullanılarak yeni devre şablonu kâğıda basıldı, araştırmacılar giyilebilir termoelektrik jeneratörlerinin insan bedeninde ki ısıdan elde edilen enerjiyi kalp atışını, solunumu vb. ölçen basit biosensörlere güç vermek için kullanılabileceğini ispat ettiler.
Bu cihazlar simetrik oranlı tasarımlarından dolayı bu cihazlara gereken ölçüdeki voltaj ve özel uygulamalar için gereken enerji temin edilebilir. Modüler jeneratörler mürekkep püskürtmeli yazıcı ile esnek supstratlar üzerine (kumaş dahil) rulodan ruloya imal tekniği kullanılarak basılabilir.
“Termoelektrik jeneratörlerinin albenisi etrafımızın ısıyla dolu olmasıdır.” dedi GEORGİA TEKNİK ENSTÜTÜSÜNDE Woodruff okulu makine mühendisliği asistan öğrencisi Akanksha Menon “eğer bu ısının birazını kontrol edebilir ve onu ucuz bir şekilde elektriğe dönüştürebilirsek bundan büyük yarar sağlarız. Biz elektriği vücut ısısından nasıl elde edebileceğimizi öğrenmeye çalışıyoruz.
Bu çalışma PepsiCo. Inc.ve Air Force Office of Scientific Research tarafından desteklendi ve online olarak Journal of Applied Physic te 28 eylülde yayınlanmıştır.
Termal enerjiyi direkt olarak elektrik enerjisine çevirebilen cihazlar on yıllardır kullanılıyor fakat bu cihazlarda kullanılan inorganik malzemeler giyilebilir tasarım için fazla zehirli. Güç üretimi jeneratörün iki ucu arasındaki sıcaklık farkıyla oluyor ama bu durum insan vücudundaki ısıdan kaynaklı soruna neden oluyor. Zaten cilt üzerinde ki küçük bir alandan elde edilmeye çalışan termal enerji bu sorunu daha da zor bir hale sokuyor. En nihayetinde de cihazdaki dahili direnç enerji üretimini sınırlandırıyor.
Bu durumun üstesinden gelmek için Menon ve lab. ‘da ki iş arkadaşları yardımcı Doc. Dr. Shannon Yee p-tipi ve n-tipi polimerlerin sıkı paketlenmiş binlerce noktasından oluşan bir cihaz tasarladılar. Bu tasarımda birim alan başına düşen ısı daha fazla bundan dolayı mürekkep püskürtmeli yazıcıda etkin yoğunluklu geniş paketleme yöntemiyle basılır. Polimer noktaları birbirine yakın yerleştirirken diren düşer ve cihazdan yüksek güç çıkışı olduğunda bağlantı uzunluğu azalır. “Ayrıca polimer noktalarının bağlanma şekli için boşluk dolgu eğrileri esas alınarak Hilbert tasarısında ki devamlı boşluk doldurma eğrileri gibi geleneksel dolambaçlı kablo modeli kullanılmıştır.” dedi yardımcı editör olan ve Georgia tek. te asistan öğrenciliği sırasında bu projede çalışmış olan Kiarash Gardiz. “Buradaki avantaj Hilbert’in tasarısı yüzey conformasyonuna ve bireysel yerleşmeye izin veriyor ki buda cihazdan tek tip sıcaklığın geçmesine olanak sağlıyor.
Bu yeni devre tasarımının başka bir yararı da orantılı simetrik tasarımı sayesinde modüler simetrik alanlar arasında ki sınırlar boyunca spesifik bir uygulama için gereken voltajı ve enerjiyi tam olarak sağlar.
“Mümkün olduğunca az cihaz elemanı taşımak istediğinizde giyilebilir cihaz kavramı çok önemli.” dedi Menon. “Biz bunun termoelektriğin kullanım alanlarını genişletmek için gerçekten çok ilginç bir yok olduğunu düşürüyoruz.”
Şimdiye kadar bu cihaz sıradan kâğıda basıldı ama araştırmacılar bunu kumaşa uygulamak için araştırmalara başladılar. Kâğıtta kumaşta esnek malzemeler ama kağıt kıyafet sektörüne çok kolay uygulanabilir. “Biz cihazımızı ticari tekstile uyarlamak istiyoruz ki insanlar her gün giysin.” dedi Menon “insanlar bu kıyafetle kendi vücut ısılarından enerji üretirken aynı zamanda rahat hissetmeliler de”
Bu yeni cihazla araştırmacılar küçük sensözlere güç verebilmeyi bekliyorlar ama fitness iz sürücüsü ya da akıllı telefon gibi karmaşık cihazlar değil. Jeneratörler uzun vadede ek bataryaları idare etmek için de kullanılabilir.
Önde gelen sorunlardan biride jeneratörleri nemden korumak ve jeneratörlerin termal enerji aktarımı için cilde ne kadar yakın olabileceğini belirlemek bunları sağlarken giyilebilir cihazları kullanıcılar için rahat bir hale getirmek.
Araştırmacılar ticari olarak ulaşılabilir p-tipi malzemeler kullanıyorlar ve bu sırada Georgia Tek. te ki kimyacılarla birlikte n-tipi polimerlerin oda sıcaklığında ki küçücük değişimleri anlayabilecek şekilde gelecek nesil jeneratörler için geliştirmeye çalışıyorlar. Vücut sıcaklığı 5 derece kadar bir değişim gösterir normal jeneratörlerin yüzlerce derece farklılıkları algılayabildiği düşünülünce bu hassasiyete inmek zorlayıcı olabilir.
“Bu sınıf polimerlerin geleceğe yönelik en önemli faydaları düşük maliyetli ve bol bulunabilir bir termoelektrik malzeme olması ve doğal olarak düşük termal öz iletkenliği bulunmasıdır.” dedi Yee (Woodruff okulu Makine Müh. Lab. Yöneticisi) “Bu organik elektrik (devre) topluluğu elektronik algısında ve polimer kökenli optik malzemelerde büyük ilerleme kaydedilmesini sağladı. Biz bu ilerleme ile yeni alet işlevselliğine olanak veren termal ve termoelektrik iletimi sağlayan polimerleri anlamlandırmayı amaçlıyoruz. Bu işlemler sırasında geliştirilen cihaza işlemi tersine çevirebilen soğutma cihazları yerleştirildi, elektriği kullanarak termal enerji cihazın bir ucundan öbür ucuna hareket ettirildi. Sadece bedenin bir bölümündeki soğutma işlemi büyük klimalar olmadan rahatlama algısı yaratabilir.” dedi Yee.
Kaynak : sciencedaily.com
