تصلح لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.. ابتكار بطارية صالحة للأكل وقابلة لإعادة الشحن | علوم

يعمل الباحثون الآن على تحسين أداء البطارية الصالحة للأكل وكفاءتها، فضلا عن استكشاف مواد وتصميمات جديدة يمكن أن تعزز قدراتها.

يواصل العلماء إحراز تقدم كبير في مجال الإلكترونيات التي يمكنها مراقبة صحتنا ومعالجتها بأمان من داخل الجسم، ولكن لسوء الحظ فإن تشغيل هذه الأدوات الطبية المصغرة ليس أمرا سهلا دائما. ولهذا طوّر العلماء نموذجا أوليا لبطارية قابلة لإعادة الشحن مصنوعة بالكامل من مواد صالحة للأكل، ويمكن أن تذوب بأمان في المعدة بمجرد أن تؤدي وظيفتها.

يعمل النموذج الأولي للبطارية في النطاق المطلوب لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، وجاء وصفه بالتفصيل في دراسة نشرت في دورية “أدفانسد ماتريالز” (Advanced Materials) ويأمل الباحثون أن يؤدي عملهم إلى مزيد من التطورات للوصول إلى بطاريات أكبر لتخزين الطاقة الكهربائية.

الإلكترونيات الصالحة للأكل

تعد الإلكترونيات الصالحة للأكل مجالا ناشئا يسعى إلى ابتكار أجهزة إلكترونية يمكن أن تذوب في المعدة ويمكن هضمها بأمان بمجرد أن تفعل ما تحتاج إلى القيام به باستخدام المكونات الغذائية والمضافات الصالحة للأكل.

وفي حين كان هناك بعض التقدم في تطوير الدوائر والمستشعرات الصالحة للأكل، فإن الافتقار إلى مصادر الطاقة الصالحة للأكل كان تحديا كبيرا، ومع ذلك فقد أثبتت الأبحاث الحديثة جدوى إنشاء بطاريات قابلة لإعادة الشحن يمكنها من تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.

ويسلط الباحثون الضوء على إمكانات البطارية الصالحة للأكل لإحداث ثورة في مجال تخزين الطاقة وتوليدها، لا سيما في سياق التنمية المستدامة، ولهذا ابتكر العلماء نموذجا أوليا لبطارية قابلة لإعادة الشحن بالكامل مصنوعة من مواد صالحة للأكل، وصُممت البطارية من قائمة متنوعة من المكونات، وهي أول بطارية وظيفية قابلة لإعادة الشحن يمكن تقديمها كوجبة خفيفة ويمكن أن تذوب بأمان في المعدة بمجرد الانتهاء من مهمتها.

النموذج الأولي للبطارية الصالحة للأكل

طور النموذج فريق من الباحثين في المعهد الإيطالي للتكنولوجيا (Italian Institute of Technology)، ويبلغ حجم النموذج نحو سنتيمتر مربع، وتعمل البطارية عند 0.65 فولت وتوفر تيارا مقداره 48 ميكرو أمبير لمدة 12 دقيقة، وتحافظ على شحنتها جيدا على مدى عشرات الدورات من إعادة الشحن، وذلك يجعلها مناسبة لتشغيل الإلكترونيات الصغيرة.

ووفقا لما جاء في البيان الصحفي الصادر عن المعهد، فقد صنعت البطارية الصالحة للأكل باستخدام الريبوفلافين والكيرسيتين وهما من المكونات الغذائية الشائعة والمكملات الغذائية، والكربون المنشط وهو مضاف غذائي يستخدم على نطاق واسع، ويعمل الريبوفلافين كأنود بينما يعمل الكيرسيتين ككاثود، وتغلف الأقطاب الكهربائية في شمع العسل.

ويتكون السائل المنحل بالكهرباء (الذي يولد الشحنة الكهربائية) من محلول قائم على الماء، والفاصل مصنوع من النوري وهو من الأعشاب البحرية التي تجدها في مطاعم السوشي، بينما يتم تضمين الفحم المنشط لزيادة التوصيل الكهربائي لإنشاء بطارية صالحة للأكل.

ويحتاج النموذج الأولي إلى أن يكون خارج الجسم، ويعمل الباحثون بالفعل على تطوير أجهزة أصغر ذات سعة أكبر، كما أنهم يتصورون أن البطارية يمكن أن تُستخدم لتشغيل الروبوتات اللينة الصالحة للأكل وغيرها من الأدوات الطبية التي يمكنها مراقبة وعلاج الحالات الصحية من داخل الجسم.

تطبيقات محتملة

تطوير البطاريات والأجهزة الإلكترونية الأخرى الصالحة للأكل لديه القدرة على إحداث ثورة في العديد من المجالات، ومنها الرعاية الصحية وسلامة الأغذية والمراقبة البيئية، بتقديم بديل أكثر أمانا ويكون متوافقا حيويا مع الأجهزة الإلكترونية التقليدية.

يقول ماريو كايروني باحث الإلكترونيات الجزيئية في المعهد الإيطالي للتكنولوجيا، في تقرير نشر على موقع “ساينس ألرت” (Science Alert)، “تراوح الاستخدامات المستقبلية المحتملة من الدوائر الصالحة للأكل وأجهزة الاستشعار التي يمكنها مراقبة الظروف الصحية إلى تشغيل أجهزة الاستشعار لمراقبة ظروف تخزين الطعام”.

ويضيف “فضلا عن ذلك، نظرا لمستوى أمان هذه البطاريات، يمكن استخدامها في لعب الأطفال، حيث يوجد خطر كبير من الابتلاع”.

وتمتد التطبيقات المحتملة للبطاريات الصالحة للأكل إلى ما هو أبعد من أجهزة مراقبة الجودة الطبية والغذائية. ويعتقد الباحثون أن عملهم يمكن أن يمهد الطريق لتطوير بطاريات أكبر يمكن استخدامها لتخزين الطاقة وتشغيل السيارات الكهربائية، على سبيل المثال.

تحديات

يعمل الباحثون الآن على تحسين أداء وكفاءة البطارية الصالحة للأكل، فضلا عن استكشاف مواد وتصميمات جديدة يمكن أن تعزز قدراتها، ويتوقعون أن يسهم عملهم في تطوير تقنية بطاريات مستدامة وآمنة يمكنها تلبية متطلبات الطاقة المتزايدة للمجتمع الحديث.

لكن لا يزال هناك العديد من التحديات التقنية والتنظيمية التي تجب معالجتها قبل تبنّي هذه التقنيات على نطاق واسع، ومع ذلك فإن التقدم المحرز في هذا المجال واعد ويقدم لمحة عن مستقبل أكثر استدامة ومسؤولية اجتماعية لصناعة الإلكترونيات.

ويأمل الباحثون أن يلهم عملهم العلماء الآخرين لبناء بطاريات أكثر أمانا من أجل مستقبل مستدام، حيث يمكن أن يؤدي استخدام مواد أكثر أمانا واستدامة في إنتاج البطاريات إلى تقليل التأثير البيئي لتقنيات البطاريات الحالية التي غالبا ما تعتمد على المواد السامة وغير المتجددة.