باتری این لنز تماسی هوشمند با استفاده از اشک چشم شارژ می‌شود!

به طور کلی، لنزهای تماسی هوشمند مورد استفاده در کاربرد‌های شخصی و پزشکی، نیازمند به در‌برداشتن منابع انرژی فشرده می‌باشند و باتری‌های یک‌پارچه راه‌حل‌های امیدوارکننده‌ای را در این رابطه ارائه می‌دهند. با این حال، شارژ این باتری‌ها در دستگاه‌های پوشیدنی کوچک (مانند لنز‌های تماسی) به دلیل محدودیت فضای اشغالی به منظور انتقال نیروی الکتریکی، مانند اتصالات سیمی کوچک یا واحدهای انتقال بی‌سیم، چالش‌هایی را ایجاد می‌کند.

از این رو، محققان دانشگاه فناوری نانیانگ (NTU) در کشور سنگاپور توانستند تا به یک باتری بسیار نازک برای تغذیه لنز‌های تماسی هوشمند، دست یابند. طبق بیانیه مطبوعاتی این دانشگاه، این باتری در ابعاد میکرومتری طراحی شده و قادر است با استفاده از اشک چشم انسان، به آسانی شارژ شود. این رویکرد نوآورانه وسیله‌ای منحصر‌به‌فرد و کارآمد را برای تامین انرژی لنزهای تماسی هوشمند، ارائه می‌دهد. یافته‌های این تحقیق در مجله Nano Energy منتشر شده است.

همان‌طور که می‌دانید، از دیر‌باز، از لنز‌های تماسی به عنوان یک راه‌حل نسبتاً آسان به منظور بهبود و تصحیح بینایی افراد، بهره گرفته می‌شده است. اما حالا با پیشرفت‌های تکنولوژیکی، شرکت‌های بزرگ قصد دارند نسخه‌های هوشمند‌تری از این لنز‌ها را برای کاربران خود به ارمغان آورند. برخی از لنز‌های هوشمند کنونی به دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند متصل می‌شوند و مستقیماً اطلاعات را از فاصله‌ای نزدیک‌تر در مقابل چشم کاربر به نمایش می‌گذارند. بدیهی است که به منظور بهره‌گیری از این دسته از قابلیت‌ها، لنز‌های تماسی مستلزم به داشتن یک باتری داخلی می‌باشند.

پیش‌تر نیز گزارشاتی مبنی بر نحوه مقابله و ارائه راه‌کار‌های نوین به منظور رفع چالش ادغام نمایشگرهای واقعیت افزوده در لنزهای تماسی هوشمند، در کمپانی‌های بزرگ جهانی منتشر شده بود. به طور کلی، اغلب لنز‌های تماسی به باتری‌های بسیار نازک به اجزای فلزی مانند “سیم‌پیچ‌ها و سیم‌های القای مغناطیسی” متکی هستند.

با این حال، این عناصر فلزی تهدیدات بالقوه‌ای را برای چشم کاربران ایجاد می‌کنند. به همین سبب، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور لی سوک وو (استادیار دانشکده مهندسی برق و الکترونیک (EEE) دانشگاه NTU) با موفقیت به توسعه یک باتری نوین پرداختند. عملکرد این باتری تنها به چند گروه از فلزات محدود نمی‌باشد و قادر است با استفاده از تمامی فلزات شناخته شده، عملکرد خود را ارائه دهد. تکنولوژی به‌کار گرفته شده در این باتری می‌تواند ایمنی و عملکرد بهتری را برای لنز‌های تماسی هوشمند واقعیت افزوده را تضمین نماید.

این باتری نو‌آورانه چگونه کار می‌کند؟

این باتری نو‌آورانه از مواد زیست‌سازگار تشکیل شده است و دارای پوششی مبتنی بر گلوکز می‌باشد. این پوشش خاص توانایی تعامل با یون‌های سدیم و کلرید موجود در آب درون باتری را دارد و از طریق واکنش نشان دادن به این یون‌ها، قادر است به عنوان مداری برای تولید برق عمل کند. نکته جالب توجه در این رویه این است که از آن‌جایی که اشک چشم انسان نیز یون‌های سدیم و کلرید را در بر دارد، این لنز‌ها به راحتی می‌توانند در هنگام استفاده شدن خود توسط کاربر، شارژ شوند!

استادیار لی سوک وو در رابطه با این تحقیق اظهار کرد:

این مطالعه با مطرح شدن یک سوال ساده آغاز شد. آیا می‌توان باتری‌های لنز‌های تماسی را با استفاده از اشک چشم شارژ کرد؟ روش‌های پیشین برای باتری‌های لنز تماسی کامل نبوده و با برخی از محدودیت‌ها مواجه بودند. به عنوان مثال، در یکی از تکنیک‌های به کار رفته، تنها یکی از الکترود‌های باتری به صورت کامل شارژ می‌شد و الکترود سمت دیگر به هیچ‌عنوان شارژ نمی‌شد. رویکرد ما، قادر است تا از طریق اتخاذ ترکیبی منحصر به فرد از واکنش‌های آنزیمی گلوکز اکسیداز برای کاتد و واکنش‌های خودکاهشی پلیمر رسانا برای آند، هر دو الکترود باتری را شارژ نماید.

به علت بهره‌گیری از گلوکز و آب در این فرآیند شارژ، پس از اتمام عمر باتری، این باتری نو‌آورانه به هیچ‌عنوان خطری را برای کاربر یا محیط‌زیست، ایجاد نخواهد کرد.

ظرفیت این باتری چه قدر است؟

از آن‌جایی که ابعاد باتری کمی باریک‌تر از یک میلی‌متر است، بزرگ‌ترین سوال این است که این باتری چه مقدار انرژی را می‌تواند در خود ذخیره کند و تا چه مدت زمانی می‌توان از این انرژی بهره برد. بنابراین، محققان به منظور پاسخ به این سوالات، از یک مدل چشم شبیه‌سازی‌شده در آزمایشات خود استفاده کردند. در این آزمایش‌ها مشخص شد که باتری قادر است تا جریانی معادل 45 میکرو‌آمپر و حداکثر توان خروجی 201 میکرو‌وات را تولید نماید که این سطح از قدرت می‌تواند عملکرد مناسبی از لنز تماسی را برای بیشتر ساعات یک روز، تضمین نماید.

در این بخش، قابلیت شارژ باتری با اشک چشم، کم کم مزایای خود را نشان می‌دهد. هنگامی که لنز تماسی در محلول اشک شبیه‌سازی‌شده غوطه‌ور شد، عمر باتری قادر است تا افزایشی 8.3 درصدی را داشته باشد. این مسئله بدین معناست که به ازاء هر دوازده ساعت استفاده کردن، عمر باتری یک ساعت افزایش می‌یابد. علاوه بر این، در طی زمانی که از این لنز‌های تماسی استفاده نمی‌شود، می‌توان باتری (لنز‌های تماسی) را در محلول غلیظی از نمک (که حاوی مقادیر قابل توجهی از یون‌های گلوکز، پتاسیم و سدیم است) نگهداری کرد و این امر به شارژ مجدد باتری، سهولت خواهد بخشید.

همچنین، تیم تحقیقاتی در آزمایشات خود، کشف کردند که این باتری قادر است تقریباً 200 چرخه پر شدن و خالی شدن شارژ را تحمل کند. لی زونگ کانگ، دانشجو مقطع دکتری در دانشگاه NTU که در این پروژه مشارکت داشت، توضیح داد:

اگرچه انتقال انرژی به روش بی‌سیم و به‌کار‌گیری از ابرخازن‌ها قادرند تا توان خروجی بالایی را تامین کنند، اما به دلیل محدودیت فضا در لنز‌های تماسی، یکپارچه‌سازی قطعات، چالش مهمی را برای ما ایجاد می‌کند. با ترکیب باتری و سلول سوخت‌زیستی (بایو‌فیول) در بخشی کوچک از واحد‌های موجود در باتری، این باتری نو‌آورانه، بدون نیاز به فضای اضافی برای قطعات سیمی یا بی‌سیم، می‌تواند خود را شارژ نماید. علاوه بر این، قرار دادن الکترودها در سمت بیرونی لنز تماسی، در دید کاربر اختلال یا مانعی را ایجاد نخواهند کرد.

در حال حاضر، تمرکز اصلی این تیم تحقیقاتی بر “افزایش ظرفیت تخلیه جریان الکتریکی باتری” قرار دارد. علاوه بر این، این تیم با همکاری با شرکت‌های تولید‌کننده لنز تماسی قصد دارند تا راه را برای تجاری‌سازی و عرضه نهایی این فناوری پیشگامانه در بازار، هموار سازند.

منبع: InterestingEngineering