آفاق علمية: «كاوست» تطور تقنية لجمع «الطاقة الشاردة» وتحويلها إلى كهرباء

كشفت «جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية» (كاوست)، عن نجاح علمائها في تطوير تقنية جديدة غير مكلفة لجمع الطاقة الشاردة في الجو، وتحويلها إلى كهرباء تستخدم في إعادة شحن الأجهزة المتصلة بالإنترنت لاسلكياً، عن طريق ما يُعرَف بـ«إنترنت الأشياء»، اختصاراً (IOT)، باستخدام الموجات الراديوية.
و«إنترنت الأشياء» مفهوم متطور لشبكة الإنترنت، بحيث تمتلك كل الأشياء قابلية الاتصال بالإنترنت، أو ببعضها البعض لإرسال واستقبال البيانات لأداء وظائف محددة من خلال الشبكة.
وأوضح عاطف شميم أستاذ الهندسة الكهربية الخبير فيما يعرف بـ«تكنولوجيا حصد الطاقة»، أن مبادئ «نظام في حزمة»، إحدى الطرق التي يعمل بها الباحثون على تصغير أجهزة تطبيقات «إنترنت الأشياء»، يمكن أن تساعد الأجهزة المتصلة عن طريق تقنية «إنترنت الأشياء»، على تحقيق أكبر قدر من الاكتفاء الذاتي من الطاقة، ومن هذا المنطلق درس الفريق البحثي استراتيجيات لبناء هوائيات مدمجة للغاية، تتوافق مع تردد إشارات موجات الراديو المنبعثة من الأجهزة المحمولة واللاسلكية، وبعد ذلك تعاونوا مع «مجموعة خالد سلامة» في «كاوست» لتحويل هذه الطاقة إلى كهرباء، باستخدام صمامات أشباه الموصلات الثنائية.
وأضاف شميم أن معظم أجهزة جمع موجات ترددات الراديو لا تستطيع العمل إلا داخل نطاق واحد من الطيف اللاسلكي أو نطاقات الترددات، مثل معيار الجيل الثالث من تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية، غير أن الأبحاث استهدفت تطوير جهاز متعدد النطاقات يمكنه تجميع مزيد من الطاقة من مصادر اتصال متعددة تعمل عبر نطاقات تردد متنوعة، وهو ما يعني زيادة حصيلة الطاقة المجموعة.
ولفت إلى أن الباحثين استخدموا عبوة ذات شكل فريد، اعتماداً على المفهوم الرياضي المعروف باسم «أنماط الهندسة الكسيرية» (عبارة عن تكرار للشكل الهندسي من الأصغر إلى الأكبر) لإنتاج جهازهم الذي يجمع طاقة الموجات من الهواء وتحويلها إلى كهرباء.
وتابع: «في البداية، طبع الفريق باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد قاعدة بلاستيكية مربعة الشكل، وبعد ذلك طبعوا (مسامياً) هوائيات كسيرية على سطح القاعدة باستخدام معدن الفضة، وأخيراً، لصقوا خمس قطع بلاستيكية معاً لتشكيل مكعب، يبلغ حجمه نحو خمسة سنتيمترات».
وبرهنت التجارب في بيئات العالم الحقيقي أن جهاز التقاط الطاقة يمكنه جمع طاقة راديوية وتحويلها إلى كهرباء تكفي لتشغيل أجهزة استشعار لاسلكية صغيرة، بيد أن الحدث الأكثر إثارة للاهتمام، وفقاً لثانج نجوين الباحث المشارك في وضع الورقة البحثية، أنه عندما مرَّ مستخدمو الهواتف الذكية في نطاق عمل المكعب ثلاثي الأبعاد ارتفعت الطاقة المجمَّعة بواسطة المكعب فجأة ارتفاعاً سريعاً، في وقت أجرى شخص بالجوار مكالمة عبر هاتفه الذكي، ومع ازدياد المكالمات أو الاتصالات التي تجري عبر الأجهزة الذكية، ستزداد طاقة موجات الراديو التي يمكن حصدها.