تمكن باحثون من جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين من تطوير طريقة لإعادة تدوير قشور فاكهة البوملي الإسفنجية والمسامية، والتي تُرمى عادة كنفايات، إلى أجهزة قادرة على توليد الكهرباء والعمل كمستشعرات حيوية لحركة الجسم، وتعتمد هذه الأجهزة الصديقة للبيئة على مبدأ "الكهرباء الناتجة عن التلامس" لتشغيل الإلكترونيات الصغيرة مثل مصابيح LED والآلات الحاسبة وساعات الرياضة، دون الحاجة إلى مصدر كهربائي خارجي.
- من نفايات الفاكهة إلى طاقة مستدامة
البوملي، وهي فاكهة حمضية ضخمة تُزرع على نطاق واسع في جنوب شرق وشرق آسيا، تُعرف بقشرتها السميكة التي تُشكّل ما بين 30% إلى 50% من وزن الثمرة، والتي غالبا ما تُهمل بعد الاستهلاك، لكن الباحثين قرروا استغلال هذه القشور التي تُعتبر نفايات غذائية، لتطوير أجهزة تُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، وتُستخدم أيضا في مراقبة الحركة البيوميكانيكية للجسم.
- الخصائص الفريدة لقشر البوملي
يوضح الدكتور "يي-تشنغ وانغ"، أحد مؤلفي الدراسة، أن القشرة البيضاء الداخلية للبوملي تمتاز بتركيبة إسفنجية ومسامية فريدة، مما يجعلها مثالية لهذا النوع من التطبيقات التقنية. وقد تم تقطيع القشور إلى قطع صغيرة وتجفيفها بالتجميد للحفاظ على بنيتها ثلاثية الأبعاد، ومن ثم تعريضها لظروف رطوبة مختلفة لتحليل خصائصها الكيميائية والميكانيكية.
- الكهرباء الناتجة عن التلامس: المبدأ العلمي الأساسي
تعتمد الأجهزة المُبتكرة على مبدأ "الكهرباء الناتجة عن التلامس"، وهو نفس السبب الذي يجعلنا نشعر بصعقة كهربائية خفيفة عند لمس مقبض باب في الشتاء. عندما تُلامس مادتان مختلفتان بعضهما البعض وتنفصلان، تنتقل شحنات كهربائية بينهما، استخدم الباحثون قشور البوملي وطبقة بلاستيكية من "البولي إيميد" لتكوين طبقتين تريبوكهربائيتين، مع توصيلهما بأقطاب نحاسية، لقياس مدى قدرتها على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.
- تطبيقات عملية: إضاءة وتشغيل إلكترونيات دون بطاريات
عند الضغط بأطراف الأصابع على الجهاز المصنوع من قشور البوملي، تمكّن الباحثون من تشغيل حوالي 20 مصباح LED، بل وأظهروا أن الآلات الحاسبة وساعات الرياضة يمكن تشغيلها فقط عبر هذه القوة الميكانيكية، عند دمج الجهاز مع نظام إدارة طاقة يتضمن وحدة تخزين للطاقة.
- مراقبة الحركة البيولوجية وتحليل أنماط الجسم
لم يقتصر الابتكار على توليد الكهرباء فقط، بل امتد ليشمل مراقبة الحركة البيولوجية. فعند تثبيت هذه المستشعرات على أجزاء مختلفة من الجسم، تمكنت من تسجيل الحركات مثل حركة المفاصل وأنماط المشي، ويعود ذلك إلى أن كل حركة تؤدي إلى تلامس وانفصال بين الطبقات التريبوكهربائية، ما ينتج عنه إشارات كهربائية مختلفة يمكن استخدامها لتحليل وتفسير أنواع الحركات بدقة.