Elektrikli Giysi >> Sürtünme yoluyla elektrik üreterek akıllı telefonları şarj eden giysiler pillerin yerini alacak

Bilim adamları insan vücudunun el-kol hareketlerinden sürtünme yoluyla elektrik üreten dünyanın ilk yıkanabilir esnek kumaşını geliştirdi. Yeni enerjik kumaştan üretilen elektrikli giysiler akıllı telefonları, tabletleri, Google Glass gibi gözlük ekranları ve fitness tracker gibi akıllı takıları gün boyu şarj edecek.

Vücut hareketlerinden sürtünme yoluyla statik elektrik üreten elektrikli giysi sayesinde telefonları prize takıp şarj etmeye gerek kalmayacak ve “Şarjım bitiyor, kapatıyorum” sözü de tarihe karışacak. Hatta birçok telefon cihaza takılı olan ve elle sökülemeyen bütünleşik piller veya kapasitörlerden yararlanacak.

Film inceliğindeki kapasitörler kumaş gibi katlanabilen esnek telefonların önünü açıyor ve bilim adamları şimdiden esnek pil geliştiriyor. Ancak bunlar sıradan piller kadar uzun süre dayanmıyor ve sık şarj edilmeleri gerekiyor. Esnek organik devrelerden üretilen elektrikli giysi bütün bunlara çözüm getiriyor.

 

 

Senin elektriğini alırım

Eskiden büyükbabalarımızın zemberekli saatleri vardı ve bu saatler gün içinde kolunu sallayarak yürümek gibi vücut hareketlerinin ürettiği kinetik enerjiyi zembereğe aktararak kendini kurar, gün boyu pil kullanmadan çalışırdı.

Güney Kore Sungkyunkwan ve Avustralya Wollongong Üniversitesi işbirliğiyle geliştirilen elektrikli giysi de kurmalı saatlere benzer şekilde çalışıyor.¹ Ancak, kinetik enerji üretmek yerine vücut hareketlerinden elektrik üretiyor ve mobil cihazları şarj ediyor. Böylece giyilebilir bilgisayarların en büyük sorunu olan pil taşıma derdi ortadan kalkıyor.

 

 

Hayata esneklik katıyor

Elektrikli giysinin marifetleri saymakla bitmez. Örneğin, Amerikan ordusu askerlerinin 50 kiloluk sırt çantasıyla keçi gibi dağlara tırmanmasını ve belden aşağısı felçli olan hastaların ayağa kalkarak yürümesini sağlayan motorlu dış iskeletler de elektrikli giysiden yararlanacak.

Böylece insanlar sırtında ağırlık yaparak elektrik tüketimini arttıran ve aynı zamanda hareketleri kısıtlayan yedek piller taşımak zorunda kalmayacak, mevcut piller çok daha uzun süre dayanacak. Hatta birçok telefon pilleri tümden çöpe atarak, bunun yerine elle sökülemeyen bütünleşik esnek piller veya kapasitörlerden yararlanacak.

 

 

Mobil tıp devri

Doktorlar da elektrikli giysinin “mobil tıp” teknolojisinin önünü açacağına kesin gözüyle bakıyor.

Düşünün, 10 yıl içinde akıllı telefonlar birer mobil MR cihazına dönüşecek ve fizikçi Michio Kaku’nun dediği gibi telefonu vücudumuzun üzerinde gezdirerek MR taraması yapacağız. Bu sayede kendi kendimizin doktoru olacağız ve check-up yapmak için hastaneye para ödememiz gerekmeyecek.

Ancak, mobil MR cihazına dönüşen telefonların elektrik tüketimi de büyük ölçüde artacak ve sürekli pil değiştirmek zorunda kalacağız. Daha doğrusu bugünkü teknoloji ile gitsek sürekli pil değiştirmek zorunda kalacaktık. Oysa elektrikli giysi telefonlarımızı şarj ederek bizi bu dertten kurtarıyor.

 

Nasıl çalışıyor?

Elektrikli giysi fizikteki “tribolektrik etkiden” yararlanıyor. Bu da sürtünme yoluyla statik elektrik üretmenin bilimsel adı. Zaten bunu siz de biliyorsunuz.

Kış aylarında yünlü süveter giydiğinizde ve arkadaşınızın eline ya da kaloriferin demirine dokunduğunuzda çarpılıyorsunuz. Çünkü yünlü giysi sürtünmeyle statik elektrik üretiyor ve dokunduğunuz yüzeyle aranızda elektrik boşalımı oluyor.

Elektrikli giysi mikroskobik boydaki tribolektrik nano-jeneratörlerden yararlanıyor (TNG). TNG’ler farklı tribolektrik polariteye sahip iki materyalin birbirine sürtünmesiyle çalışıyor. Bu materyaller sürtünürken elektron akışı başlıyor. Elektrikli giysi bu şekilde üretilen elektrik akımıyla pilleri şarj ediyor.

 

 

Elbette yıkanabiliyor

Bilim adamları çamaşır makinesinde yıkanacak kadar dayanıklı TNG’ler geliştirdiler ve bunları esnek kumaşa entegre ettiler. Elektrikli giysinin yıkanabilmesi önemli çünkü biz insanlar günlük hayatta terliyor ve kirleniyoruz.

Bazen suya düşüyor veya mayoyla denize giriyoruz, bazen de sağanak yağmurda sırılsıklam oluyoruz. Bu nedenle elektrikli giysinin paslanmaması, kısa devre yapmaması ve normal tişört gibi yıkanabilmesi çok önemli.

 

 

Elektrik iletiminde kullanılan molekül boyundaki nano-çubuklarla donatılmış gümüşlü kumaştan üretilen esnek giysinin son modelinde dört kat kumaş kullanılıyor.

Silikon bazlı organik malzemeden (polidimetilsiloksan, PDMS) üretilen ve çinko oksit nano-çubuklar taşıyan özel bir esnek devre tabanı, kumaş katmanlarının arasına sandviç gibi yerleştiriliyor.

Söz konusu organik taban aslında esnek devre kartı gibi çalışıyor. Nano-çubuklar da esnek devre kartının üzerinde vücut hareketlerinden sürtünme yoluyla elektrik üreten yassı ve esnek bir elektrik jeneratörü oluşturuyor.

 

 

120 volt

Elektrik teknisyeni arkadaşlar çoktan merak etmeye başlamıştır: İyi de bu giysi ne kadar elektrik üretiyor? Onları daha fazla bekletmeyelim :). Elektrikli giysi 4 kat kumaş kullanıldığı zaman 170 V ve 120 mikroamper üretiyor.

Giyilebilir TNG’ler (WTNG) yapılan testlerde LED lambalara, LCD ekranlara ve otomobillerin uzaktan kumandalı anahtarına yetecek kadar elektrik üretti. Üstelik bu dayanıklı giysinin 12 bin döngüden daha uzun bir süre çalıştığı görüldü.

Sırada kış aylarında ısıtan, yaz aylarında serin tutan ve rüzgarlık gibi terletmeyen elektrikli giysiler üretmek var (elbette elektrikli giysilerin paratoner gibi yıldırımları üstüne çekmemesi gerek). Bizi izlemeye devam edin! 🙂

 

 

¹Wanchul Seung, Manoj Kumar Gupta, Keun Young Lee, Kyung-Sik Shin, Ju-Hyuck Lee, Tae Yun Kim, Sanghyun Kim, Jianjian Lin, Jung Ho Kim, Sang-Woo Kim. Nanopatterned Textile-Based Wearable Triboelectric Nanogenerator. ACS Nano, 2015; 150216090814005 DOI: 10.1021/nn507221f