קוצר אנרגיה קל משקל מייצר חשמל מתנודות הכנף של דבורים

This post is also available in: English (אנגלית)

כחלק ממחקר חדש סביב טכנולוגיה משולבת ביולוגית, חוקרים בסין פיתחו קוצר אנרגיה פיזואלקטרי (piezoelectric energy harvester – PEH), אשר לוכד חשמל מתנודות הכנף הטבעית של הדבורים – מבלי לפגוע ביכולתן לעוף. המכשיר הזעיר הזה, שמשקלו 46 מיליגרם בלבד, מסמן צעד קדימה בהפעלת רובוטיקה בגודל של חרקים ומערכות ביו-היברידיות מבלי להסתמך על סוללות מסורתיות.

ה-PEH תוכנן על ידי מדענים מהמכון הטכנולוגי של בייג'ינג ואוניברסיטת סאן יאט-סן, ומותאם לפעול בתדר רטט בית החזה של הדבורים של 210–220 הרץ. על ידי כוונון תדר התהודה של המכשיר ומיטוב מרכז הכובד שלו, הצוות הצליח לייצר תפוקה שיא של 5.66 וולט וצפיפות כוח של 1.27 מיליוואט לסנטימטר מעוקב. באופן משמעותי, נתונים אלה הושגו מבלי להפריע לתעופה הטבעית של הדבורים, אפילו במהלך תמרונים זריזים כגון התהפכות או ריחוף, על פי Interesting Engineering.

הקוצר משתמש בפוליבינילידין פלואוריד (PVDF), חומר פיאזואלקטרי גמיש, המסודר בתצורה של גבישים כפולים כדי לשפר את יעילות ההמרה של האנרגיה. המבנה מורכב מרכיבי נחושת חתוכים בלייזר המחוברים עם דבק מוליך, ולאחר מכן מעוצב לצורתו באמצעות תבניות הדפסה תלת-ממדית מדויקות.

הטיסה של הדבורים נותרה כמעט ללא שינוי במהלך הבדיקות, כפי שאושר על ידי מצלמות CMOS מהירות, אשר תיעדו כמה מהר דבורים התאוששו מהתהפכויות ושמרו על טיסה יציבה. סימולציות שנערכו בקומסול אימתו עוד יותר את התפוקות החזויות במתח ובהעתקה.

פריצת דרך זו תורמת לתחום ההולך והגדל המתמקד בקצירת אנרגיה מתנועה ביולוגית, במיוחד עבור כלים מיקרו-אווירים וסייבורגים של חרקים. היכולת לייצר חשמל במקום, מבלי להפריע לביצועים, יכולה לבטל את הצורך בסוללות גדולות ולהאריך את משך החיים המבצעי של מערכות כאלה.

למרות ההצלחה, החוקרים מכירים בכך שישנם עדיין אתגרים, במיוחד באחסון האנרגיה ובהרחבת הטכנולוגיה לשימוש רחב יותר. עבודתם העתידית תשאף לשלב אלקטרוניקה לניהול אנרגיה ולהתאים את העיצוב למיני חרקים אחרים כמו שפיריות או פרפרים, ולהתקרב לפתרונות סטנדרטיים למערכות אנרגיה ביו-היברידיות.