افرادی که شنوایی آنها در اثر پیری یا تصادف یا به هر دلیل دیگری ضعیف شده است، با کمک سمعک می توانند ضعف خود را جبران کنند. سمعک وسیله‌ای بسیار کاربردی و مفید است اما باتری‌های کوچک و ظریف آن باید هر دو هفته یک بار تعویض شوند و این کار برای افراد سالخورده دشوار است. افراد کهنسال نه تنها با انجام این مهارت حرکتی خسته و بی حوصله می‌شوند بلکه گاهی به کلی فراموش می‌کنند باتری‌های سمک را تعویض کنند. شاید با خود فکر کنیم چه می‌شد اگر سمعک‌هایی ساخته می‌شد که به‌طور کامل خودران بودند و به تعویض باتری و تعمیر نیازی پیدا نمی‌کردند.
شرکت نوپای «میتراس فناوری» که وابسته به «مؤسسه فناوری فدرال زوریخ»(ETH) در سوییس است یک گام بزرگ برداشته تا به‌زودی سمعک‌های هوشمند ساخته شوند. آنها با خود فکر کردند که گرمای بدن یک دارنده سمعک می‌تواند به‌ تنهایی انرژی مورد نیاز یک مولد ترموالکتریک (TEG)را تأمین کند. مولدهای ترموالکتریک گرمای محیط اطراف خود را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این فناوری تازه ثابت می‌کند که امروزه می‌توانیم شاهد به وقوع پیوستن اتفاقات داستان‌های علمی تخیلی باشیم.
بنیان‌گذاران این استارت آپ می‌خواهند وسیله‌ای بسازند که از لحاظ زیست محیطی بی‌ضرر باشد و نیاز به توجه و وارسی مداوم نداشته باشد. راهکار آنها ساده است: استفاده از گرمای بدن انسان به عنوان منبع تأمین کننده انرژی.
بدن انسان به‌طور متوسط ۱۰۰ وات انرژی حرارتی از خود بیرون می‌دهد. بیشتر این انرژی جذب محیط می‌شود، اما دقیقاً همین انرژی به هدر رفته است که بنیان‌گذاران شرکت میتراس قصد مهار کردنش را دارند. آنها می‌خواهند به کمک مولد ترموالکتریک، گرمای بدن را به الکتریسیته تبدیل کنند. یک سمت مولد با بدن تماس مسقیم دارد و سمت دیگر رو به بیرون و در مجاورت محیط پیرامون است. این وسیله تفاوت دمای بین دو رویه خود را به الکتریسیته تبدیل می‌کند و الکتریسیته در یک باتری ذخیره می‌شود. این مولد ترموالکتریک نوین می‌تواند بدون تولید آلودگی زیست محیطی، بدون نیاز به حفظ و نگهداری و تعویض باتری و به طور خودکار برق تولید کند، حتی زمانی که دو سمت آن به میزانی ناچیز و در حد یک درجه با هم اختلاف دما داشته باشند.
ضبط انرژی از گرمای بدن
پژوهشگران شرکت میتراس فناوری اکنون در مرحله ساخت نمونه اولیه مولد جدید هستند. آنها دو راهکار برای به همراه داشتن این فناوری پوشیدنی پیشنهاد می‌کنند. یکی این که این وسیله بدون اتصال به منبعی دیگر، مانند یک ساعت مچی پوشیده شود یا این که به اجزای درونی یک وسیله قابل حمل ضمیمه شود. تنها شرط لازم برای تولید الکتریسیته توسط این مولد این است که به طور مستقیم با پوست بدن تماس داشته باشد.
یکی از کاربردهای ممکن این فناوری ساخت دستگاه پیگیری کننده سلامت جسمانی است که عملکردی کاملاً خودران دارد. با همراه داشتن این دستگاه پایشگر چه هنگام چای خوردن، چه هنگام ورزش کردن و چه هنگامی که خواب هستیم مادام که مولد از گرمای بدن برخوردار است باتری آن به خودی خود شارژ می‌شود.
با توجه به نوپا بودن شرکت سازنده، بدون بهره‌گیری از راهنمایی‌ها و تجربه‌های مؤسسه فناوری فدرال زوریخ، اجرای این ایده امکان پذیر نمی‌شد و مولد ابداعی تا این حد اعتبار کسب نمی‌کرد.
ساخت مولد با موانع فنی زیادی همراه بود و سازندگان باید آنها را از سر راه خود برمی‌داشتند. این مولد انرژی نه فقط باید تا حد امکان در ابعاد فشرده و کوچک ساخته شود و استفاده از آن آسان باشد، بلکه باید ضد آب نیز باشد تا زمانی که افراد عرق می‌کنند و پوستشان مرطوب می‌شود بی‌ هیچ مشکلی به کار خود ادامه دهد. تنها در صورتی که تمامی این معیارها رعایت شوند، می‌توان مولد شرکت میتراس را داخل وسیله‌های بسیار کوچک مثل حسگرهای زیستی نصب کرد.
یک فناوری با پیشینه تاریخی
شاید فکر کنیم این فناوری متعلق به آینده است، اما ایده اولیه آن چندان جدید نیست. اثر ترموالکتریکی یا گرمابرقی نخستین بار در سال ۱۸۲۲ توسط یک فیزیکدان آلمانی به نام «توماس یوهان سیبِک» معرفی شد. او متوجه شد به محض این که قطب نما نزدیک به دو جسم فلزی با دمای متفاوت قرار می‌گیرد، عقربه آن شروع به حرکت می‌کند. تبدیل گرما به الکتریسیته مدتی بعد تحت عنوان «اثر سیبِک» شناخته شد. این فرایند فیزیکی اکنون اثر ترموالکتریکی نام گرفته است.
بنابراین تولید انرژی به صورت غیر متمرکز و طراحی یک مولد ترموالکتریک نوین، در تاریخ علم فیزیک دارای پیشینه است و ساخت آن بر اساس همین پیشینه امکان‌پذیر شده است. سازندگان مولد ترموالکتریک میتراس تصمیم دارند در ماه‌های آخر سال ۲۰۲۱ نخستین سری از محصول خود را عرضه کنند. آنها در آینده فناوری میتراس را در حوزه پزشکی توسعه خواهند داد و از آن برای ساخت سمعک، پمپ انسولین و دیگر ابزار درمانی استفاده خواهند کرد، چرا که کاربردهای بسیاری برای آن متصور است. اما نخستین وسیله مورد توجه این شرکت حسگرهای زیستی برای پایش عملکردهای بدن است. برای مثال، چسب هوشمند نخستین وسیله‌ای خواهد بود که به‌طور کامل با گرمای بدن کار می‌کند.
ساخت مولد با چاپ سه بعدی
«مؤسسه فناوری کارلسروهه» در کشور آلمان موفق شده است اجزای مولدهای ترموالکتریک را با چاپ سه بعدی تولید کند. مولدهای متداول را با مونتاژ کردن تک تک اجزاء روی یکدیگر و به دنبال روش‌های ساخت نسبتاً پیچیده می‌سازند. دانشمندان آلمانی به منظور اجتناب از این دشواری، مواد جدیدی را که قابلیت چاپ سه بعدی دارند مورد مطالعه قرار دادند و دو شیوه مبتکرانه و دو نوع جوهر چاپ را با استفاده از نانوذرات ارگانیک و غیر ارگانیک ساختند. این شیوه‌ها و جوهرها را می توان برای چاپ سه بعدی مولدهای ترموالکتریک ارزان قیمت به کار برد.
در شیوه نخست، از جوهر چاپ ترموالکتریک استفاده می‌کنند تا یک الگوی دو بعدی را روی یک ورقه فلز فوق‌العاده نازک و انعطاف پذیر چاپ کنند. سپس مولد چاپ شده را که در ابعاد یک حبه قند است با تکنیک اوریگامی تا می‌کنند. شیوه دوم شامل تولید یک داربست با چاپ سه بعدی و افزودن جوهر ترموالکتریک به سطوح آن است. با کاربرد روش جدید که مبتنی بر فناوری چاپ سه بعدی است تولید مولدهای ترمودینامیک در مقیاس وسیع و با هزینه کم امکان پذیر می‌شود.

code