تولید دستگاه های خودتغذیه و نوید نسل جدیدی از الکترونیک
یک تلفن همراه خودتغذیه را در نظر بگیرید که هرگز نیاز به شارژ شدن ندارد چرا که امواج صوتی تولید شده توسط کاربر را تبدیل به انرژی مورد نیاز برای ادامه ی کار خود می کند. این امر که مرهون کار اخیر تاهیر کاگین، استاد بخش مهندسی شیمی Artie McFerrin دانشگاه Texas A&M، می باشد چندان هم که به نظر می رسد دور از دسترس نیست
به گزارش سرویس علم و فناوری پایگاه اطلاع رسانی صبا ، کاگین که تحقیق او بر روی نانوفن آوری تمرکز دارد، با استفاده از موادی که معروف به "فیزوالکتریک" می باشند، کشف مهمی در حوزه ی مهار انرژی انجام داده است - حوزه ای که قصد دارد دستگاه های خودتغذیه ای را توسعه دهد که نیازی به منابع تغذیه قابل جاسازی مجدد، مانند باتری ها، ندارند.
به طور مشخص، کاگین و همکارانش از دانشگاه هوستون به این کشف دست یافتند که نوع خاصی از مواد فیزوالکتریک می توانند انرژی را با 100 درصد افزایش تبدیل کنند به این شرط که در ابعاد بسیار کوچکی - در این مورد، حدود 21 نانومتر ضخامت - ساخته شوند. مطلب دیگر این که، وقتی در ابعاد بزرگ تر یا کوچک تر از این ابعاد معین ساخته می شوند، کاهش قابل توجهی در ظرفیت تبدیل انرژی خود نشان می دهند.
یافته های وی که با جزئیات کامل در مقاله ی منتشر شده در "Physical Review B"، مجله ی علمی انجمن فیزیک امریکا، در همین پاییر آمده است، بالقوه می تواند اثرات عمیقی در دستگاه های الکترونیکی توان پایین مانند تلفن های همراه، رایانه های قابل حمل، ارتباطگرهای شخصی و دیگر دستگاه های مرتبط رایانه ای داشته باشد که توسط هر فردی از مصرف کننده ی معمولی گرفته تا ماموران اجرای قانون و حتی سربازان حاضر در میدان جنگ مورد استفاده قرار گیرد.
اگرچه موضوع مورد مطالعه ی کاگین در مقیاس کوچک است، تاثیرش می تواند بزرگ باشد. کشف وی منجر به پیشرفت در حوزه ای از مطالعات خواهد شد که به علت تقاضای زیاد مصرف کنندگان برای دستگاه های قابل حمل فشرده و بی سیم با طول عمر زیاد، بیش از پیش رواج خواهد یافت.
طول عمر باتری همچنان یکی از دغدغه های اصلی برای پخش کننده های ام پی تری و تلفن های همراه می باشد. اما گذشته از راحتی مصرف کنندگان، دستگاه های خودتغذیه از اصلی ترین مسائل مورد علاقه ی برخی از آژانس های فدرال می باشند. آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی امریکا، در حال بررسی روش هایی برای سربازان میدان جنگ می باشد تا توان لازم برای تجهیزات قابل حمل آن ها را از طریق انرژی مهار شده از پیاده روی به سادگی تولید کنند. و حسگرهایی مانند آن چه برای آشکارسازی مواد منفجره استفاده می شود، می توانند از فن آوری خودتغذیه تا حد زیادی سود ببرند که این امر نیاز به آزمایش و جایگزینی باتری ها را کاهش می دهد.
کاگین گفت: "حتی آشفتگی های ایجاد شده در شکل امواج صوتی مانند امواج فشار در گازها، مایعات و جامدات نیز به منظور تغذیه ی دستگاه های نانو و میکرو آینده قابل مهار می باشند اگر این مواد به طور مناسب و با این هدف، پردازش و ساخته شوند."
به گفته ی کاگین، کلید این فن آوری، فیزوالکتریک ها می باشند. ریشه ی این اصطلاح، کلمه ی یونانی "پیزین" به معنای فشار می باشد. فیزوالکتریک ها موادی هستند (معمولا کریستال یا سرامیک) که به هنگام اعمال شکلی از فشار مکانیکی، ولتاژ تولید می کنند. به عکس، به هنگام اعمال یک میدان الکتریکی به آن ها، تغییری در ویژگی های فیزیکی آن ها ایجاد می شود.
فیزوالکتریک مفهوم چندان جدیدی نیست و توسط دانشمندان فرانسوی در دهه ی 1880 کشف شد. برای اولین بار در جنگ جهانی اول در دستگاه های سونار مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه این مواد در میکروفن ها و ساعت های کوارتز یافت می شوند. فندک های موجود در خودروها نیز دارای فیزوالکتریک می باشند. فشار دادن دکمه ی فندک به سمت پایین، روی یک کریستال فیزوالکتریک اثر می گذارد که این امر به نوبه ی خود، ولتاژ کافی برای ایجاد یک جرقه و آتش گرفتن گاز را تامین می نماید.
در مقیاس بزرگ تر، برخی از باشگاه های شبانه در اروپا دارای کف های رقص ساخته شده با فیزوالکتریک می باشند که انرژی ناشی از فشار پاها را جذب و تبدیل می کند تا به تغذیه ی چراغ های باشگاه کمک نماید. همچنین طبق گزارشات، یک سالن ورزشی در هنگ کنگ از این فن آوری برای تبدیل انرژی تمرین کنندگان جهت کمک به تغذیه ی لامپ ها و موسیقی آن جا بهره می برد.
به گفته ی کاگین، همچنان که پیشرفت ها در این کاربرد به راه خود ادامه می دهند، کار فیزوالکتریک در مقیاس نانو یک تلاش نسبتا جدید با جنبه های مختلف و پیچیده ای می باشد که باید ملاحظات آن در نظر گرفته شود. وقتی چنان تغییر قابل توجهی در مقیاس صورت می گیرد، مواد به شکل متفاوتی واکنش نشان می دهند.
کاگین، که دریافت کننده ی جایزه ی معتبر Feynman در زمینه ی نانوفن آوری است، گفت: "وقتی مواد تا ابعاد نانومقیاس پایین آورده می شوند، ویژگی هایشان برای برخی از مشخصه های کارایی به شدت تغییر می کند. مثال آن، مواد فیزوالکتریک می باشند. ما نشان داده ایم که وقتی شما به طول ویژه ای می روید - بین 20 تا 23 نانومتر - در واقع ظرفیت مهار انرژی را تا 100 درصد افزایش می دهید.
سه نمونه از کارهای انیشتین و کاربرد عمومی آن ها
اندیشه و طرز فکر انیشتین در بسیاری از پژوهش‌های علمی مورد استفاده قرار گرفته است. از شتاب دادن به ذره و نزدیک رسانیدن سرعت آن به سرعت نور تا توانا ساختن ستاره‌شناسان برای طرح ریزی نقشه‌ی آسمان بالای سر همه از فرضیات و معادلات انیشتین سرچشمه می‌گیرند. با این حال بر همه آنقدر روشن نیست که این فرضیات چه استفاده‌هایی در زندگی روزمره و عادی عموم دارند. در این مقاله به سه نمونه از کارهای انیشتین و کاربرد عمومی آنها می‌پردازیم.
یکی از وسیله‌هایی که عموم در کارهای روزمره از آن استفاده می‌کنند چشم برقی یا فتوسل است. چشم برقی گیرنده‌ی حساسی است که به محض دریافت نوری مخصوص، وسایل ماشینی یا برقی متصل به خود را به راه می‌اندازد. ممکن است فکر کنید که تا به حال به یک چشم برقی برخورد نکرده‌اید ولی این‌طور نیست. به عنوان نمونه میتوان به یک دَر خودکار (اتوماتیک) مغازه اشاره کرد که هنگام مواجه شدن و راه رفتن در جلوی آن، دَر خود به خود باز میشود. انیشتین اولین دانشمندی بود که توانست در مقاله‌ی علمی خود بر روی تاثیر فتوالکتریک، این پدیده را به طور صحیح توضیح داده و پیش‌بینی کند. به طور خلاصه هنگامی که اشعه‌ای از نور به فلز برخورد میکند، آن فلز از خود برق تولید میکند (که این برق باعث به کار افتادن وسیله‌ی متصل به آن میشود). مهم‌تر از آن این است که مقدار برق فرستاده شده توسط فلز به فرکانس نوری که به فلز می‌تابد بستگی دارد؛ (نه به مقدار نوری که به آن می‌تابد! سال 1905 میلادی) این مقاله بعدها باعث شد که انیشتن جایزه‌ی نوبل فیزیک سال 1921 را از آن خود کند. در زندگی روزمره بسیار با چشم برقی برخورد می‌کنیم بدون آن‌که متوجه آن باشیم. به عنوان نمونه در تورنتو بسیار مشاهده کرده‌ایم که چراغ‌های خیابان به طور خودکار هنگام غروب، درست هنگامی که رنگ آسمان ارغوانی میشود، روشن میشوند (رنگ بنفش و ارغوانی در طیف بین از شدت شدیدتری برخوردارند). از دیگر نمونه‌های کاربرد این برهان میتوان به استفاده‌ی آن در باتری‌های خورشیدی در ساعت، ماشین‌حساب و حتی ماهواره‌ها اشاره کرد.
در سال 1917 میلادی انیشتن تحقیقی را بر روی نظریه‌ی نور و تشعشع آغاز کرد. در پی آمد این تحقیقات، انیشتین در مقاله‌ی علمی خود «در نظریه‌ی کوانتومی تشعشع» چگونگی تحریک شدن اتم‌ها و آزاد کردن آنی نور از آنها را شرح داد. به طور خلاصه، یک فوتون (ذره‌ای از نور) می‌تواند الکترون‌های یک اتم را تحریک کند و این باعث تشعشع ِ فوتون دیگری از اتم میشود. سپس این دو فوتون الکترون‌های دو اتم دیگر را تحریک کرده و چهار فوتون را تشکیل می‌دهند. به این ترتیب از تابش یک فوتون به اتم‌های یک فلز، تعداد زیادی فوتون تشکیل میشوند. با متمرکز ساختن این فوتون‌ها پرتویی به وجود می‌آید که این پرتو همان لیزر است. اگر چه تا سال 1954 لیزر ساخته نشد، ولی اختراع آن و دیگر وسایل لیزری دست آورد نظریه‌ی انیشتن بر روی نور و ماده بود. دلیل این که چرا لیزر قبل از این -بین سال‌های 1917 تا 1954- اختراع نشد هنوز مخفی است زیرا معادلات انیشتین ساختن لیزر را بسیار آسان کرده‌اند. لیزر بخش بسیار مهمی از DVD ' CD ' وسایل پزشکی، ابزار برش تجاری و فیبر نوری (Fiber Optic Communication) را تشکیل می‌دهد.
شاید مهم‌ترین کاربرد روزمره‌‌ی نظریه‌ی انیشتین سیستم مکان‌یابی ِ سراسری (Global Positioning System - GPS) باشد. GPS دستگاهی است که از طریق ارتباط با یک ماهواره می‌تواند مکان خودش را به طور دقیق تعیین کند. امروزه رایج است که سیستم‌های GPS در ماشین به کار گذاشته شوند که می‌توانند مکان ماشین را به طور دقیق (در شعاع 15 متری ماشین) تعیین کنند. برای سنجش دقیق فاصله و مکان، لازم است که هم‌زمانی بسیار دقیقی میان دستگاه GPS و ماهواره‌ی آن برقرار شود. برقراری چنین هم‌زمانی بدون وجود فرضیه‌ی نسبیت انیشتن غیر ممکن خواهد بود. چرا؟
شاید مهم‌ترین کاربرد روزمره‌‌ی نظریه‌ی انیشتین سیستم مکان‌یابی ِ سراسری (Global Positioning System - GPS) باشد. GPS دستگاهی است که از طریق ارتباط با یک ماهواره می‌تواند مکان خودش را به طور دقیق تعیین کند. امروزه رایج است که سیستم‌های GPS در ماشین به کار گذاشته شوند که می‌توانند مکان ماشین را به طور دقیق (در شعاع 15 متری ماشین) تعیین کنند. برای سنجش دقیق فاصله و مکان، لازم است که هم‌زمانی بسیار دقیقی میان دستگاه GPS و ماهواره‌ی آن برقرار شود. برقراری چنین هم‌زمانی بدون وجود فرضیه‌ی نسبیت انیشتن غیر ممکن خواهد بود. چرا؟
فرضیه‌ی نسبیت انیشتین به طور خلاصه توضیح می‌دهد که ساعت (زمان‌سنج) در سرعت زیاد کندتر از ساعت بر روی زمین حرکت میکند. به همین ترتیب ساعتی شناور در فضا بسیار دور از مرکز زمین، کمتر در معرض نیروی جاذبه‌ی زمین قرار می‌گیرد و در نتیجه سریع‌تر از ساعت در روی زمین حرکت میکند.
بفرض که یک ماهواره‌ی GPS با سرعتی در حدود 14000 کیلومتر در ساعت حرکت میکند که بر طبق فرضیه‌ی نسبیت، این ساعت دقیقا 7 میکرو‌ثانیه در روز کندتر از ساعتی ساکن بر روی زمین حرکت میکند. ولی به این دلیل که ماهواره‌ی GPS بیست‌هزار کیلومتر بالاتر از سطح کرهی زمین در حرکت است طبق فرضیه‌ی نسبیت، این ساعت 45 میکرو‌ثانیه در روز تندتر از ساعتی بر روی سطح کرهی زمین حرکت میکند. بنابراین ساعت ماهواره در مجموع 38 میکرو‌ثانیه در روز سریع‌تر حرکت میکند. این تفاوت شاید در ابتدا به هیچ عنوان مهم به نظر نرسد ولی همین تفاوت بسیار کوچک می‌تواند باعث از بین رفتن دقت سیستم GPS بمیزان 11 کیلومتر در روز برسد. به واسطه‌ی فرضیه‌ی نسبیت انیشتین این هم زمان‌سازی می‌تواند تصحیح شده و دقت لازم را به سیستم GPS بدهد.
با وجود اینکه بیشتر مردم تنها از بمب اتمی به عنوان نمونه‌ی کاربردی نظریه‌ی انیشتین یاد می‌کنند، ولی نظریات و تئوری‌های بی‌شمار انیشتین زمینه‌ساز تعداد بی‌شماری از اختراعات شده‌اند که زندگی روزمره را راحت و راحت‌تر سازند.
منبع : abeeeeeeb.persianblog.com
به نقل از: CPH-Theory
اختراعات جدید دنیا
علی رازقی که این اختراع را در شرکت ثبت اختراعات خودش به ثبت رسانده می گوید خارجی ها سال هاست درگیر ساخت چنین دستگاهی هستند و تا به حال موفق به این کار نشده اند اما او با اختراع خود که حداکثر 400 تا 500 هزار تومان هزینه دارد توانسته قدیمی ترین آرزوی بشر را محقق کند.
اما پیش از این، مخترعان دیگری هم بوده اند که با اختراعات عجیب و غریبشان سعی کرده اند یکی از آرزوهای محال روزمره بشر را برآورند.
تولید سوخت از شلوار جین!
سه سال قبل، سه محقق ایرانی در دانشگاه «بوروس» سوئد اعلام کردند که روش جدیدی برای تولید سوخت اختراع کرده اند که کاملا ارزان و عملی است. آنها چهارم کیلوگرم پارچه را در آزمایشگاه فراوری می کنند و یک کیلوگرم اتانول تحویل می دهند. اتانولی که می تواند سوخت یک خودرو معمولی در اروپا را برای بیش از ۲۰ کیلومتر تامین کند.
دکتر کیخسرو کریمی استادیار دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان که در دوره تحقیقاتی دانشگاه بوروس با دکتر محمد طاهرزاده و اعظم جیحانی پور همکاری می کرد، می گوید که در این طرح که در مقیاسی نیمه صنعتی در سوئد اجرا شده و اجرای آن در فاز صنعتی دنبال می شود.
بنابراین شاید در آینده ای نه چندان دور مردم همزمان با خرید شلوار جین یک بطری خالی دریافت کنند و بعد از آن که شلوار را استفاده و کهنه کردند، همراه با بطری به فروشگاه ببرند و با تحویل آن، یک بطری سوخت دریافت کنند یا حتی پول شلوار را تمام و کمال بگیرند چون فروشنده می تواند با فروش لباس ها به تولید کنندگان سوخت، پول خوبی به دست بیاورد. با این حساب، اگر اختراع این محققان ایرانی به نتیجه برسد دیگر هیچ لباس کهنه ای دور ریخته نخواهد شد.
عینکی که خواب را حرامتان میکند
اولین عینک ضد خواب دنیا، عنوان اختراعی است که مدتی قبل یک ایرانی به نام خود ثبت کرد. اختراعی که به گفته مبتکر آن با هشدار دادن به افراد مانع از بروز تصادف می شود.
حسن حضرتی که این اختراع را به ثبت رسانده می گوید: «این عینک در واقع یک دستگاه هشداردهنده حواس پرتی و خواب آلودگی است که وضعیت چشمها و حالت سر را به طور هوشمند کنترل میکند و در صورت بروز این حالات با نواختن بوق هشدار دهنده فرد را مطلع میکند.»
این سیستم به خصوص در رانندگان خودروهای سنگین که در معرض خستگی و خواب آلودگی و در نتیجه سوانح رانندگی هستند کاربرد دارد. اما کارگران کارگاه های صنعتی و مشاغل حساس که نیاز به دقت و هوشیاری بالا دارند هم می توانند از این عینک استفاده کنند.
عینکی که حسن حضرتی اختراع کرده اگرچه به تولید انبوده نرسیده اما خودش می گوید وسیله کوچک و کم دردسر و ارزان قیمتی است. عینک ضد خواب از یک عینک شیشه‌ای، دستگاهی کوچک که داخل جیب پیراهن قرار می‌گیرد، دو عدد باتری، فیش اتصال عینک به دستگاه و یک هدفون تشکیل شده و عینک از طریق فیش اتصال به دستگاه متصل میشود و بعد از قرار گرفتن در محل مناسب در صورت بسته شدن چشمها به حالت خواب بعد از دو ثانیه بوق هشدار دهنده به صدا در می‌آید و خواب را به صاحب عینک حرام می کند.
از طرف دیگر، اگر فردی با چشم باز دچار خواب آلودگی شود یا به مسیری کاملا منحرف از جاده خیره شده باشد، یا حتی کمتر از حد استاندارد پلک بزند و یا خستگی باعث شود سرش به سمت پایین یا عقب خم شود باز هم بوق عینک به صدا در می آید و صاحب عینک و تمام دور و بری هایش را از خواب می پراند.
البته امکانات این عینک از این هم بیشتر است و اگر صاحب عینک هدفون به گوش داشته باشد، به جای یک بوق ممتد موسیقی دلخواهش از هدفون پخش میشود.
دُم در می آورید!
یک مخترع ژاپنی چند ماه قبل اختراع عجیبی را به ثبت رساند که با استقبال زیادی مواجه نشد، اما تنها نتیجه اش یک دل سیر خندیدن تمام کسانی بود که از این اختراع با خبر می شدند. احتراغ این محقق، دم در آوردن انسان ها بود! او برای انسان ها دم پشمالویی در رنگ های متفاوت طراحی کرده است که می توانند با کمر بند مخصوصی به خودشان وصل کنند و در مواقع شادی و هیجان مثل حیوانات دم تکان دهند!
شارژ موبایل با چای داغ
شده تا به حال در اداره باشید و شارژ موبایل تان ته بکشد؟ خب از این به بعد دیگر نیازی نیست دستپاچه شوید و دنبال شارژر مناسب گوشی تان بگردید. می توانید پا روی پا بیندازید، چای داغ میل کنید و گوشی تان را با همین چای داغ شارژ کنید!
مخترعان دستگاهی روانه بازار کرده اند که انرژی حرارتی را به برق تبدیل میکند. کافی است لیوان چای داغ را روی آن بگذارید و کابل گوشی را به دستگاه متصل کنید. زیر لیوانی شما زحمت شارژ گوشی تان را خواهد کشید. در ساخت این وسیله از موتور استرلینگ الهام گرفته شده که بازدهی آن بیشتر از موتورهای بنزینی و دیزلی است.
سوار بر ماشین چمن زنی در اتوبان‌ها
سه سال قبل، یک پیرمرد انگلیسی با ترکیب ماشین‌چمن‌زنی و قایق یک خودروی منحصر به فرد تولید کرد که به اعتقاد خودش تنها راه خلاصی از ترافیک های سنگین است. جان‌هیتون،76ساله می‌گوید وسیله‌نقلیه او هر‌چند در جاده سرعت زیادی ندارد اما در زمان ترافیک این قابلیت را دارد که از یک خودروی چرخ دار به یک قایق تبدیل شود و او ادامه مسیر را از رودخانه محل زندگی‌اش طی کند.
خودرو دو زیست جان هیتون شباهت زیادی به خودرو عمو گجت دارد؛ اما برخلاف ماشین گجت، نمی‌تواند سرعتی بیشتر از 15کیلومتر در ساعت داشته باشد و به احتمال زیاد خود این خودرو یکی از عوامل ترافیک جاده ای خواهد بود.
ساخت این دستگاه هزار پوند هزینه دارد و هیتون با یک کارخانه خودروسازی برای تولید انبوه این وسیله‌نقلیه تماس گرفته که البته با بی میلی آنها رو به رو شده است.
