دانشمندان به انواع مختلف فناوری­های جدید مولد انرژی دست یافته­اند، از نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی جدید گرفته تا گداخت هسته‌ای – ولی با کاغذ هم مگر ممکن است؟

   مغزهای مرکز تحقیقات دیزنی ثابت کرده­اند که برای روشن­کردن رشته­ای از دیودهای منتشرکننده­ی نور (LED ها)، فعال کردن نمایشگرهای کاغذ الکترونیکی (e-paper) یا حتی کار با رایانه، می­توان جریان الکتریکی کافی را با مولدهای انعطاف­پذیر و ساده­ی مالشی یا ضربه­ای از جنس کاغذ، صفحه­های نازک پلاستیکی یا مواد معمولی و ارزان­قیمت به سهولت تولید کرد.

paper-generators-ecogeek-10

  در این روش جدید برای حصول انرژی از الکتریت­ها استفاده می­شود، موادی با ویژگی­های الکتریکی خاص که در ماهی­تابه­های نچسب و جلیقه‌های ضد گلوله، میکروفون­ها و دستگاه­های MEMS کوچک استفاده شده است. در این کاربرد آخر که توسط محققان مرکز تحقیقات دیزنی و همچنین دانشگاه کارنگی ملون انجام گرفته است، می­توان به انواع جدید کاربردها در کتاب­ها، پوسترها و موارد چاپی دیگر اشاره کرد که نیازی به باتری یا انرژی خارجی ندارند.

 ساختار یک مولد کاغذی بسیار ساده است: بدین­گونه که یک صفحه­ی نازک و انعطاف­پذیر از ماده­ی “پلی­ تترا فلورو اتیلن” یا PTFE – که با نام تجاری تفلون شناخته می­شود – بین دو لایه­ی رسانا مثل صفحات پلی­استر مرکب از فلز (مثلا نقره) به عنوان الکترود قرار می­گیرد. عملکرد مولدهای کاغذی بر مبنای حرکت دو صفحه­ی رسانا نسبت به یکدیگر و الکتریت (PTFE) است. وقتی کاربر الکترودها را حرکت می­دهد، انرژی تولید می­شود. وقتی محل قرارگیری صفحات نسبت به هم تغییر می­کند، توزیع بارهای الکتریکی القاشده، میدان الکتریکی و ظرفیت الکتریکی کلی بین رساناها تغییر می­کند، که منجر به اختلاف پتانسیل الکتریکی بین رساناها می­شود. به این ترتیب، حرکت صفحات و منبع میدان الکتریکی به انرژی پتانسیل الکتریکی تبدیل می­شود که می­تواند کار انجام دهد.

  همین اصل در مورد حرکت افقی الکترود بالایی (لغزش) به کار می­رود. همچنین جایگزین کردن الکترود بالایی با دست کاربر امکان­پذیر است. در این حالت، کاربر صفحه­ی PTFE را نگه می­دارد و الکترود زیرین را مالش می­دهد و همزمان انتهای دیگر ولت­متر را با دست آزادش لمس می­کند. به این ترتیب، مدار با بدن کاربر کامل می­شود. این اشکال و ترکیب­های مختلف برای مولدهای کاغذی با استفاده از حرکات متفاوت کاربر مثل ضربه، مالش، لمس، چرخش و لغزش باعث می­شود این نوع از انرژی را به شدت مورد توجه قرار دهیم. در این حالت ما می­توانیم روش­های مختلفی را تصور کنیم که با استفاده از آنها تصاویر، اصوات و سایر فعالیت­های دوسویه (برهم­کنشی) را برای کتاب­ها و موارد چاپی دیگر با قیمت ناچیز استفاده کنیم بدون اینکه نگران تامین منابع انرژی آنها باشیم.

paper-generators-ecogeek-05

      کاراگوزلر محقق مرکز تحقیقات دیزنی در این­باره می­گوید: “اینجا چیزی وجود ندارد که من نتوانم آن را به صورت دستی ظرف پنج دقیقه بسازم.” یک تصویر کارتونی در آنجا وجود دارد که دسته­ای از LED ها که بر روی موتور یک سفینه­ی فضایی که در حال پرواز است، وجود دارند و وقتی بر روی یک دکمه­ی کاغذی ضربه زده می­شود، LED ها روشن می­شوند. همچنین محققان مولدهای کاغذی را با استفاده از چاپگرهای جوهرافشان معمولی که دارای کارتریج­هایی با جوهر رسانا هستند، چاپ می­کنند. کاراگوزلر در این­باره افزود: “این آزمایش، آینده­ی این فناوری را نشان می­دهد.”

      کاراگوزلر گفت: “گرچه جریان الکتریکی تولیدشده با این دستگاه­ها پایین است – که اندازه­ی آن در حد چند صد میکروآمپر است – ولی ولتاژش بالا است و تا ۱۰۰۰ ولت هم می­رسد، که برای روشن کردن صفحه نمایشگرهای کاغذ الکترونیکی (e-paper) ایده­آل است. برای مثال، یک دستگاه آزمایشی، شخصیت­های کارتونی فضانورد با بیگانه­های دوست­داشتنی را نشان می­دهد که در آن وقتی قطعه­ی دریافت­کننده­ی انرژی مالیده می­شود، نمایشگری که جنس آن از کاغذ الکترونیکی است، کلمه­ی HELLO را حرف به حرف نشان می­دهد.” وی افزود: “این فناوری بسیار ساده، انعطاف­پذیر، ارزان و با استفاده از چاپگرهای معمولی نیز قابل چاپ است و کاربردهای بالقوه­ای دارد که ما تازه شروع به تحقیق در این زمینه کرده­ایم.”

[accordion]

[acc_item title=”تولید انرژی الکتریکی با استفاده از الکترود ضربه­ای”]

paper-generators-ecogeek-01

زمانی که کاربر بر روی دکمه­ای از این نوع کاغذ ضربه وارد می­کند، انرژی حاصله LED هایی را که در موتور موشک قرار دارند، روشن می­کند. از آنجا که ولتاژ مولد بسیار بالا است، اکثر LED ها روشن می­شوند.[/acc_item]

[acc_item title=”تولید انرژی الکتریکی با استفاده از الکترود چرخشی”]

paper-generators-ecogeek-02

انرژی همچنین می­تواند با چرخاندن مولدهای کاغذی حاصل شود. در این تصویر، زمانی که کاربر الکترود مدور بالایی را می­چرخاند، انرژی حاصله LED ها را روشن می­کند. در موارد مشابه، می­توان در الکترود بالایی به سهولت از حالت لغزش به جای حالت چرخش استفاده کرد.[/acc_item]

[acc_item title=”آزمایش وجود اختلاف پتانسیل ایجادشده توسط مولد کاغذی “]

paper-generators-ecogeek-03

زمانی که کاربر دکمه را فشار می­دهد، یک اختلاف پتانسیل بین صفحات بالایی و پایینی مولد کاغذی ایجاد می­شود. این اختلاف پتانسیل می­تواند به سهولت با استفاده از یک اسیلوسکوپ (نوسان­سنج) اندازه­گیری شود.[/acc_item]

[acc_item title=”صفحه­ی PTFE در زیر الکترود واقع شده است”]

paper-generators-ecogeek-04

در این عکس، بخش متحرک دکمه­ی کاغذی برای نشان دادن صفحه­ی PTFE باز شده است. سطح زیرین دکمه از پلیستر مرکب از نقره ساخته شده است و از صفحه­های زیرین با تکه ابرهای مشکی جدا شده است.[/acc_item]

[acc_item title=”کاربرد مولد کاغذی در صفحه نمایشگرهای e-paper“]

paper-generators-ecogeek-05

مولدهای کاغذی در صفحه نمایشگرهای کاغذ الکترونیکی (e-paper) کاربرد بسیار خوبی می­توانند داشته باشند، چرا که برای این­گونه صفحه­نمایشگرها، ولتاژهای بسیار بالا با انرژی الکتریکی بسیار پایین مورد نیاز است. در این عکس، زمانی که کاربر مولد کاغذی را مالش می­دهد، انرژی الکتریکی تولید می­شود و تصویری بر روی نمایشگر کاغذ الکترونیکی ظاهر می­شود که چهره­ی یک گربه را نشان می­دهد.[/acc_item]

[acc_item title=”استفاده از مولد کاغذی برای تولید انیمیشن”]

paper-generators-ecogeek-06

اشکال همچنین می­توانند بر روی نمایشگرهای کاغذ الکترونیکی (e-paper) به ترتیب نمایش داده شوند. زمانی که کاربر مولد کاغذی را مالش می­دهد، یک مدار غیرآشکار که در پشت کاغذ قرار دارد، باعث می­شود که حروف H-E-L-L-O به ترتیب نمایش داده شوند و یک انیمیشن را تولید کنند.[/acc_item]

[acc_item title=”استفاده از LED در کاغذ الکترونیکی”]

paper-generators-ecogeek-07

تصویر یک چراغ بر روی نمایشگر یک کاغذ الکترونیکی نقش بسته است.[/acc_item]

[acc_item title=”روشن شدن LED ها بر اثر ولتاژ بالا”]

paper-generators-ecogeek-08

از آنجا که ولتاژ تولیدی بسیار بالا است، LED های بسیاری می­توانند همزمان روشن شوند.[/acc_item]

[acc_item title=”ذخیره­ی انرژی حاصله از مولد الکتریکی کاغذی”]

paper-generators-ecogeek-09

انرژی حاصله می­تواند موقتا ذخیره شود تا بتواند کاربردهای دوسویه­ی بیشتری را ایجاد کند. در این بازی، دو کاربر برای تولید سریع­تر انرژی الکتریکی با ضربه زدن بر روی دکمه­های کاغذی با هم رقابت می­کنند. اولین بازیکن، LED خودش را روشن می­کند و بازی را می­برد.[/acc_item]

[acc_item title=”کاربرد مولد کاغذی برای دستگاه­های الکترونیکی”]

paper-generators-ecogeek-10

مولدهای کاغذی می­توانند برای ارتباط با دستگاه­های خارجی مثل لپ­تاپ­ها، تبلت­ها و تلفن­ها استفاده شوند. سیگنالی با استفاده از مدار منتشرکننده­ی مادون قرمز (InfraRed) به رایانه ارسال می­شود که انیمیشنی را در صفحه­ی رایانه اجرا می­کند.[/acc_item]

[acc_item title=”حرکات چرخشی و لغزشی مولد کاغذی”]

paper-generators-ecogeek-11

در این عکس، یک مولد کاغذی چاپ­شده که حرکات چرخشی و لغزشی را به کار می­برد، نشان داده شده است.[/acc_item]

[acc_item title=”حرکات ضربه­ای و مالشی مولد کاغذی”]

paper-generators-ecogeek-12

در این عکس، یک مولد کاغذی چاپ­شده که حرکات ضربه­ای و مالشی را به کار می­برد، نشان داده شده است.[/acc_item]

[/accordion]

منبع: disneyresearch