แบตเตอรี่ชนิดยืดหยุ่น: แรงบันดาลใจจากกระดาษโอริงามิ
แบตเตอรี่ไม่จำเป็นที่จะต้องแข็งและมีลักษณะที่เทอะทะอยู่เสมอไป วิศวกรได้รับแรงบันดาลใจจากกระดาษพับญี่ปุ่นเพื่อใช้ออกแบบแบตเตอรี่ที่สามารถขยายความยาวเดิมของตัวเองออกไปได้ถึงประมาณ 150 เปอร์เซ็นต์ แบตเตอรี่นี้สามารถให้พลังงานกับนาฬิกาจำพวกสมาร์ทวอชได้
“อุปกรณ์สวมใส่แบบพกพาในแบบต่างๆจะได้รับผลดีจากแบตเตอรี่ที่สามารถยืดได้นี้” John Rogers กล่าว Rogers เป็นนักวัสดุศาสตร์จาก University of Illinois เขาไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยแบตเตอรี่ชนิดใหม่ในครั้งนี้ แต่อดีตเพื่อนร่วมงานของเขามีส่วนเกี่ยวข้อง
วิศวกรได้ทำการสร้างอุปกรณ์ทางไฟฟ้าที่เคลื่อนย้าย และมีความยืดหยุ่นได้ ยกตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ติดอยู่ภายในของสายรัดข้อมือ ซึ่งอาจจะเล่นเพลงในระหว่างที่ออกกำลังกายได้ หรือไม่ก็สามารถที่จะติดตามอัตราการเต้นของหัวใจได้ อุณหภูมิของร่างกาย หรือแม้กระทั่งสถานที่ ในการสร้างสิ่งนี้ วิศวกรต้องทำให้อุปกรณ์ของเขามีขนาดที่เล็ก ทนทานและยืดหยุ่น อุปกรณ์เหล่านี้ต้องเหมาะสมกับแห่งพลังงานที่มีคุณภาพในระดับเดียวกันด้วย
Hanqing Jiang เป็นวิศวกรจาก Arizona State University เขาเป็นผู้นำในการศึกษาครั้งนี้ เมื่อปีที่แล้ว เขาเป็นนักวิจัยในห้องทดลองของ Rogers ในรัฐ Illinois Jiang ได้ทำการช่วยเหลือในการสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีความยืดหยุ่นซึ่งยึดอยู่กับผิวหนังคล้ายกับรอยสักชั่วคราว ในเวลานั้นเขาได้มีการพูดถึงศิลปะของกระดาษโอริงามิกับศิลปินผู้พับกระดาษ โดยที่โอริงามิคือศิลปะการพับกระดาษแบบญี่ปุ่น
ศิลปินนักพับกระดาษได้แสดงให้ Jiang เห็นถึงรูปแบบของโอริงามิที่เรียกว่า การพับแบบ miura ชิ้นส่วนของกระดาษนั้นไม่สามารถยืดออกได้ อย่างไรก็ตามด้วยการพับกระดาษแบบ miura นั้นกระดาษสามารถที่จะยืดออกได้จากการพับและการคลายพับ “รูปแบบการพับนี้คล้ายกับรูปแบบการพับที่พวกเราเคยใช้ในขณะที่ทำงานกับ John Rogers” Jiang กล่าว “มันมีรูปร่างที่คล้ายกับฟันปลา ซึ่งพวกเราอาจจะนำโอริงามินี้มาใช้สำหรับแบตเตอรี่ได้”
ในเดือนมกราคม ปี 2014 Jiang และทีมวิจัยของเขาได้นำเสนอแบตเตอรี่ที่ได้รับแรงบันดาลใจมาจากการพับกระดาษแบบโอริงามิขึ้นเป็นครั้งแรก แม้ว่า Jiang จะยังรู้สึกไม่พอใจมากนัก เนื่องจากแบตเตอรี่นั้นไม่ได้อยู่ในแนวสองมิติและเรียบเมื่อพวกมันถูกทำการยืดออก แบตเตอรี่จะขยายตัวออกในรูปแบบของสามมิติแทน Jiang ต้องการที่จะสร้างแบตเตอรี่ที่อยู่ในแนวแบนราบเมื่อมันถูกทำให้ยืดออก นั่นเป็นเพราะว่าพื้นที่ในอุปกรณ์ขนาดเล็กนั้นมีพื้นที่จำกัดมาก
หลังจากนั้น Jiang ค้นพบแรงบันดาลใจใหม่ใน kirigami ซึ่งเป็นอีกชนิดหนึ่งของการพับกระดาษโอริงามิ kirigami เกี่ยวข้องกับการตัดรวมไปถึงการพับด้วย เขาและทีมวิจัยของเขาได้ใช้รูปแบบที่แตกต่างกันของ kirigami เป็นโมเดลต้นแบบให้กับแบตเตอรี่ของพวกเขา พวกเขาสามารถผลิตแบตเตอรี่ที่ยืดออกได้โดยปราศจากการสูญเสียพลังงาน สิ่งที่ดีที่สุดคือ แบตเตอรี่สามารถยืดออกได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงความสูงของมันเลย
ในการทดสอบแบตเตอรี่ ผู้เชี่ยวชาญได้ยึดมันไว้กับสายรัดข้อมือที่ยืดหยุ่น หลังจากนั้นทีมวิจัยได้เชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับอุปกรณ์นาฬิกาสมาร์ทวอช เมื่อพวกเขาทำการยืดสายรัดข้อมือ แบตเตอรี่จะถูกทำการยืด และนาฬิกาจะได้รับพลังงาน พวกเขาทำการยืดสายรัดข้อมือเป็นพันครั้ง แบตเตอรี่ก็แทบจะไม่สูญเสียประจุใดๆเลย ทีมวิจัยของเขาได้ตีพิมพ์งานวิจัยในวารสารทางวิชาการระดับนานาชาติ Scientific Reports
ในตอนนี้ Jiang และทีมวิจัยของเขากำลังปรับแต่งแบตเตอรี่ให้มีขนาดเล็กและทนทานพอกับอุปกรณ์ในปัจจุบัน ซึ่งในอนาคต แบตเตอรี่ที่มีความยืดหยุ่นอาจจะให้พลังงานกับอุปกรณ์ต่างๆ โดยอาจจะอยู่ในเสื้อผ้าไปจนกระทั่งถึงดาวเทียมขนาดเล็ก
ที่มา:
S. Ornes. “'Smart' clothes generate electricity.”Science News for Students. March 23, 2015.
K. Kowalski. “Digital displays get flexible.” Science News for Students. June 10, 2014.
K. Kowalski. “Electricity: Cutting the cords.” Science News for Students. May 9, 2014.
S. Perkins. “Building a better battery.” Science News for Students. April 8, 2013.
S. Ornes. “Electronic Skin.” Science News for Students. Jan. 18, 2012.
L. Sanders. “Computers gets under our skin.” Science News. Sept. 10, 2011.
Original Journal Source: Z. Song et al. Kirigami-based stretchable lithium-ion batteries. Scientific Reports. June 11, 2015. doi: 10.1038/srep10988.
Original Journal Source: Z. Song et al. Origami lithium-ion batteries. Nature Communications. Jan. 28, 2014. doi: 10.1038/ncomms4140
.
.
No comments:
Post a Comment