ความคิดที่จะเปลี่ยนพลังงานจากร่างกายมนุษย์สู่กระแสไฟฟ้าเป็นที่ล่อใจแก่นักวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลสหลายปี ผู้ชายปกติจะสามารถปลดปล่อยพลังงานออกมาได้ถึง 100 ถึง 200 วัตต์ ซึ่งเป็นพลังงานที่เพียงพอสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์บางชนิด เช่น เครื่องเกม นินเทนโดวี (Nintendo Wii) บริโภคพลังงาน 14 วัตต์, โทรศัพท์มือถือ (บริโภคพลังงานประมาณ 1 วัตต์) และคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค (45 วัตต์) 80% ของพลังงานในร่างกายถูกคายออกมาภายนอก แต่มีในเพียงหนังวิทยาศาสตร์เท่านั้นเช่น แมททริกซ์ ที่คุณจะสามารถเห็นพลังงานเหล่านี้ปัจจุบันเทคโนโลยีการเปลี่ยนความร้อนจากร่างกายสู่พลังงานไฟฟ้าสามารถผลิตได้เพียงไม่กี่มิลลิวัตต์เท่านั้น ซึ่งพอใช้สำหรับตรวจจับและสังเกตอัตราการเต้นของหัวใจเท่านั้น บางคนอาจจะยังจำนาฬิกา Seiko Thermic ได้ โดยทำงานอย่างต่อเนื่องด้วยความร้อนจากร่างกายเพียง 1 ไมโครวัตต์ ซึ่งเป็นที่โด่งดังในปี 1998 แต่ Seiko ได้ผลิตออกมาเพียง 500 เรือนเท่านั้นก่อนที่จะยุติการผลิต ถ้าคุณได้เป็นเจ้าของ Seiko Thermic คุณจะไม่กังวลถึงการชาร์จแบตเตอรี่เลยตราบเท่าที่สิ่งแวดล้อมภายนอกนั้นเย็นกว่าตัวคุณ
การพัฒนาในปัจจุบันทางด้านวิศวกรรมนาโนเทคโนโลยีให้ความสำคัญกับเครื่องมือที่ใช้พลังงานจากร่างกายมากขึ้น เทคโนโลยีพื้นฐานภายใต้แนวคิดการเปลี่ยนความร้อนจากร่างกายสู่พลังงานไฟฟ้าด้วยเครื่องมือ thermoelectric โดยปกติวัสดุตัวนำบางๆนำประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่าง 2 ด้านของแผ่นวัสดุเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า ซึ่งรู้จักกันในชื่อ Seebeck effect และอุปกรณ์นี้สามารถทำงานในทิศทางตรงกันข้ามได้ นั่นหมายความว่าถ้าคุณให้พลังงานไฟฟ้าแก่อุปกรณ์ ด้านหนึ่งของแผ่นวัสดุจะเย็นเป็นพิเศษและอีกด้านจะร้อนขึ้นมาก ถ้าคุณเป็นเจ้าของตู้เย็นที่ใช้พลังงานจากสาย USB คุณอาจจะได้เป็นเจ้าของเครื่อง thermoelectric ด้วย โดยตู้เย็นนี้ทำงานในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น
ตู้เย็นระบบ thermoelectric (ภาพจาก hoobly.com)อุปกรณ์ thermoelectric เมื่อติดไว้บนผิวหนังจะสร้างพลังงานตราบเท่าที่อากาศโดยรอบนั้นมีอุณหภูมิต่ำกว่าร่างกาย วัสดุแปะติดขนาด 1 ตารางเซนติเมตร สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 30 ไมโครวัตต์ ถ้าติดอุปกรณ์เหล่านี้ติดๆกันจะสามารถรวมพลังงานที่ถูกเก็บเอาไว้ได้
ในปี 2006 Vladimir Leonov และ Ruud J.M. Vullers จากประเทศเบลเยี่ยมได้สร้างเซ็นเซอร์วัดออกซิเจนในเลือดรุ่นทดลองหรือเรียกว่า Pulse oxymeter โดยใช้พลังงานจากร่างกาย มีขนาดเท่ากับนาฬิกาข้อมือซึ่งประสบความสำเร็จในการนำไปใช้กับผู้ป่วย มันสามารถสร้างพลังงานได้ประมาณ 100 ไมโครวัตต์ในขณะที่ผู้ป่วยหลับและเพิ่มขึ้นถึง 600 ไมโครวัตต์เมื่อตื่นนอนและเคลื่อนไหว พวกเข้าได้ออกแบบอุปกรณ์นี้ให้สามารถบันทึกข้อมูลด้วยการใช้พลังงานที่ต่ำกว่า 62 ไมโครวัตต์ เมื่อเทียบกับเครื่อง pulse oxymeter ทั่วไปที่ต้องใช้พลังงานถึง 10 มิลลิวัตต์
ในปี 2007 ทั้งคู่ได้สร้างเครื่องวัดคลื่นสมอง (Electroencephalograph, EGG) โดยใช้พลังงานจากร่างกาย Leonov และ Vullers ได้เริ่มออกแบบเครื่องวัดคลื่นสมองใหม่เพื่อลดการใช้พลังงานลง เครื่องวัดคลื่นสมองควรจะต้องมีการส่งข้อมูลไร้สายสู่คอมพิวเตอร์ด้วย ดังนั้นมันจึงบริโภคพลังงานไฟฟ้ามากกว่ารุ่นทดสอบของพวกเขา
เครื่อง EGG ระบบ thermoelectric แบบไร้สาย(ภาพจาก imec.be)
รุ่นทดสอบนั้นมีขนาด 50 ตารางเซนติเมตร ถูกติดไว้บนหน้าผากของคนคนหนึ่งสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 3500 ไมโครวัตต์ นั่นเป็นเรื่องที่เยี่ยมมาก แต่ก็นำมาซึ่งผลข้างเคียงซึ่งบริเวณที่ถูกเครื่องมือนี้คลุมไว้จะสูญเสียความร้อนเป็นจำนวนมาก ทำให้บริเวณนั้นเย็นลงและอาจมีผลกระทบต่อผู้ป่วยได้
ไม่กี่ปีต่อมา ทั้งคู่ได้เพิ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ด้านบนของเครื่องวัดเพื่อรับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อชดเชยความร้อนที่สูญเสียไปโดยเครื่องวัดให้กับผู้ป่วย
ต่อมา พวกเขาได้สร้างเครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (Electrocardiograph, EKG) ในเวลานี้พวกเขาได้สร้างระบบที่สามารถทำความสะอาดได้ ในรุ่นทดสอบก่อนหน้านี้พวกเขาใช้ตัวเก็บประจุ super capacitor ซึ่งทำงานได้ดี แต่เมื่อตัวเก็บประจุนี้ถูกชาร์จ จะทำให้สูญเสียพลังงานเพิ่มเติมจากเครื่อง รุ่นทดสอบหลังจากนี้จึงใช้แบตเตอรี่เป็นตัวเก็บไฟฟ้าแทนซึ่งจะถูกชาร์จไฟจากความร้อนจากร่างกายทันที ลดการสูญเสียพลังงานและทำให้เครื่องมีขนาดเล็กลง ด้วยการนำเครื่องมือหลายรุ่นมารวมกันโดยใช้ระบบเก็บไฟฟ้าที่ฉลาดอาจทำให้เครื่องผลิตไฟฟ้าจากความร้อนของร่างกายนั้นใช้งานได้จริง
ที่ MIT เหล่านักวิจัยกำลังทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรไฟฟ้าที่สามารถลดเวลาการสร้างพลังงานไฟฟ้าลงจากอุปกรณ์ thermoelectric ในปัจจุบัน Anantha Chandrakasan ผู้อำนวยการของ MIT Microsystems Technology Laboratories และผู้ร่วมงาน Yogesh Ramadass ได้สร้างวงจรอันทรงประสิทธิภาพในเครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจและยังประกอบด้วยตัวประมวลผลกับวิทยุไร้สาย
นั่นเป็นข้อดีของการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องผลิตไฟฟ้าแบบ thermoelectric ปัจจุบัน thermoelectric สามารถเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ 0.4% ด้วยประสิทธิภาพนี้ ถ้าคุณห่อตัวเองด้วยเครื่องผลิตไฟฟ้าแบบ thermoelectric จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ถึง 0.5 วัตต์ แต่คุณจะรุ็สึกเย้นอย่างมากและพลังงานนี้ก็ยังไม่เพียงพอกับโทรศัพท์มือถือเครื่องหนึ่ง จึ่งมีการวิจัยโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาและมหาวิทยาลัย California-Berkeley เพื่อพัฒนาเครื่องผลิตไฟฟ้าแบบ thermoelectric ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
Peter Hagelstein ศาสตราจารย์จาก MIT ได้เผยแพร่ผลงานในเดือนพฤศจิกายนซึ่งแสดงถึงวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องผลิตไฟฟ้าแบบ thermoelectric ได้ถึง 4 เท่าในทางปฏิบัติและ 9 เท่าตามทฤษฎี อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพต้องสามารถใช้ได้ทุกที่ที่มีการสูญเสียพลังงานเช่น บนกำแพงโรงงานผลิตไฟฟ้าหรือบนฝากระโปรงของรถยนต์ ซึ่งมีบริษัทที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับ MIT (บริษัท MTPV) ได้เริ่มต้นทำงานตามแนวคิดของ Hagelstein แล้ว
ในอนาคตอีกไม่ไกลจากนี้ พวกเราจะได้พบกับอุปกรณ์อิเล็คโทรนิคไร้สายภายในโรงพยาบาลซึ่งคอยตรวจวัดและรายงานผลสัญญานชีพของผู้ป่วย โทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊คที่ใช้พลังงานจากร่างกายมนุษย์ แต่ก็ยังคงเป็นเวลาอีกหลายปี
ข้อมูลอ้างอิง
http://www.forbes.com/2010/06/07/nanotech-body-heat-technology-breakthroughs-devices.html
0 comments:
Post a Comment