چادر هوشمندی که از باد و حرکت برق پاک تولید می کند

تصور کنید چادری داشته باشید که وقتی داخل آن قدم می‌زنید، تلفن همراهتان را شارژ کند. بی‌صدا، بدون پنل خورشیدی و بدون سوخت. چنین چادری جایگزین سامانه‌های بزرگ تولید برق نمی‌شود، اما می‌تواند حرکت‌های روزمره، از باد و قدم‌ها گرفته تا تکان‌خوردن پارچه، را به برق قابل استفاده تبدیل کند.

پژوهشگران این ایده را با استفاده از مواد مگنتوالاستیک به یک نمونه اولیه کاربردی تبدیل کرده‌اند؛ پارچه‌هایی که هنگام خم‌شدن، کشیده‌شدن یا لرزش، وضعیت مغناطیسی‌شان تغییر می‌کند. این تغییر در خاصیت مغناطیسی از طریق القای الکترومغناطیسی به جریان برق تبدیل می‌شود. اصل علمی پشت این فناوری جدید نیست. امیلیو ویلاری، فیزیک‌دان ایتالیایی، این اثر را در سال ۱۸۶۵ مشاهده کرد؛ تازگی ماجرا در این است که این فیزیک در قالب یک سرپناه سبک و انعطاف‌پذیر دوخته شده است.

پوسته چادر هم‌زمان دو نقش دارد: هم سرپناه است و هم برداشت‌کننده انرژی. نوارهای کف از روبان‌های مگنتوالاستیک ساخته شده‌اند و فشار ناشی از نشستن و راه‌رفتن را جذب می‌کنند. لایه‌های سقف، ورق‌های مگنتوالاستیک را با الیاف رسانا ترکیب می‌کنند و برای برداشت انرژی از تندبادها و لرزش‌های محیطی تنظیم شده‌اند. حتی انعطاف جزئی پارچه هنگام نصب تیرک یا کشیدن میخ چادر نیز در تولید برق سهم دارد.

آزمایش‌های آزمایشگاهی نتایجی کوچک اما معنادار نشان دادند. یک ضربه ساده روی یک ورق نمونه، خازنی ۰.۲۲ میکروفارادی را در حدود ۱.۵ ثانیه تا ۵.۸ ولت شارژ کرد. این یعنی یک پالس کوتاه و قابل اندازه‌گیری از انرژی ذخیره‌شده، تنها از یک تحریک مکانیکی. وقتی این ماده در مقیاس یک چادر کامل به کار برود، ضربه‌های پراکنده، قدم‌ها و نوسان‌های ناشی از باد روی هم جمع می‌شوند.

این فناوری در عمل چه معنایی دارد؟ برای تیم‌های امدادی، طبیعت‌گردان و پژوهشگرانی که خارج از شبکه برق فعالیت می‌کنند، تولید برق کم‌مصرف و ناپیوسته می‌تواند تغییری جدی ایجاد کند. یک جریان آرام و پیوسته می‌تواند چراغ‌های LED را روشن نگه دارد، بی‌سیم‌ها را شارژ کند، حسگرهای محیطی را تغذیه کند یا ارتباطات کم‌مصرف را بدون حمل سوخت یا بسته‌های باتری سنگین حفظ کند. برخلاف پنل‌های خورشیدی، پارچه‌های مگنتوالاستیک در تاریکی، سایه و هوای ابری هم کار می‌کنند؛ هر جا که چادر خم شود و حرکت کند.

البته این سامانه محدودیت‌هایی هم دارد. از نظر توان خروجی با آرایه‌های خورشیدی پشت‌بامی رقابت نمی‌کند. اما از چند مشکل واقعی عبور می‌کند: سوخت قابل اشتعال برای حمل‌ونقل نیاز ندارد، زاویه ثابتی برای رو به خورشید قرار گرفتن نمی‌خواهد و وزن اضافه‌ای معادل ده‌ها باتری لیتیومی تحمیل نمی‌کند. نقطه قوت آن، تولید برق پراکنده و غیرفعال بر پایه حرکت طبیعی انسان و محیط است.

طراحی این چادر به شکلی شگفت‌آور عمل‌گرایانه است. لایه‌ها باید بادوام، انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر شرایط آب‌وهوایی باشند و در عین حال پاسخ‌دهی مغناطیسی خود را حفظ کنند. الیاف رسانا جریان‌های القاشده را به اجزای کوچک ذخیره‌سازی و خروجی‌های برق هدایت می‌کنند. این مواد باید خم‌شدن و سایش مکرر را تحمل کنند؛ سرپناهی که در میدان استفاده می‌شود، نمونه‌ای آزمایشگاهی نیست. مهندسان روی روش‌های دوخت، لمینیشن و طراحی اتصال‌دهنده‌هایی کار می‌کنند که مجموعه را مقاوم، قابل تعمیر و مناسب استفاده واقعی نگه دارد.

فراتر از چادرها، این مفهوم به ایده‌ای گسترده‌تر اشاره می‌کند: پارچه‌ها به‌عنوان سامانه‌های فعال. لباس‌ها، کوله‌پشتی‌ها و سازه‌های موقت می‌توانند به ریزشبکه‌های کم‌مصرف تبدیل شوند؛ زیرساختی نرم که از استفاده روزمره انرژی جمع‌آوری می‌کند. این چشم‌انداز پرسش‌هایی درباره تولید صنعتی و پایداری ایجاد می‌کند، اما در عین حال مسیرهای تازه‌ای برای طراحی در امدادرسانی پس از بحران و زندگی در مناطق دورافتاده می‌گشاید.

این پژوهش در نشریه Matter منتشر شده است و تیم پژوهشی در آن هم شاخص‌های عملکرد و هم نمونه‌های اولیه کاربردی را توضیح داده‌اند. فناوری هنوز در مراحل ابتدایی است، اما جهت حرکت روشن است: انرژی همیشه لازم نیست از تولید متمرکز یا نور خورشید به دست بیاید. گاهی در حرکت‌های کوچک و تکرارشونده زندگی روزمره پنهان شده است.

کنجکاو شدید؟ دفعه بعد که لبه چادر در یک تندباد به صدا درآمد، به این فکر کنید که آن حرکت شاید کاری فراتر از ایجاد صدا انجام می‌دهد.