التطورات في المركبات الكهروضغطية تتيح استغلال وتفسير الطاقة الحركية

في مقال سابق، ناقشنا المواد الكهروضغطية، التي لا تزال مغطاة بالغموض لدى الجمهور العام رغم استخدامها الشائع عبر مختلف الصناعات.  خلف الكواليس، الأمر ليس كذلك، حيث يواصل العلماء عملهم الجاد في تطوير مركبات كهروضغطية جديدة وأكثر كفاءة، والتي على وشك فتح تطبيقات جديدة حيث يجب استغلال الطاقة الحركية ومراقبتها.

وقد أبرزت ورقة بحثية حديثة نُشرت في مكتبة Wiley تطوير مركب كهرضغطي مرن ودمجه في معدات رياضية لتوفير مستشعرات بلا بطاريات تراقب الصدمات والخطوات وغيرها. واستُخدمت ألياف كربون أحادية الاتجاه لتعزيز المادة ومنحها المتانة اللازمة للتطبيقات الواقعية.

مراجعة سريعة

كلما ازداد فهمنا لعلم المواد، ازدادت إمكانات المواد ذات الخصائص الكهرضغطية. لذلك يجدر التذكير بكيفية عملها، وفيما يلي مقتطف من مقال سابق تناول هذه المواد المفيدة.

تسمح المواد الكهروضغطية لنا باستغلال الطاقة الحركية، من خلال تحويل القوة إلى شحنة كهربائية.  تم تعريفها لأول مرة من قبل الأخوين كوري في عام 1880، وأصبح مبدأ الكهروضغطية مبدأ أساسيًا يُستغل في التكنولوجيا الحديثة.

تشير الكهروضغطية إلى قدرة المادة على إنتاج شحنة كهربائية عندما يُطبق ضغط ميكانيكي. تُنتج هذه الشحنة الكهربائية نتيجة لعدم تماثل القسر.  في المواد الكهروضغطية، تُفصل الشحنات الموجبة والسالبة عن بعضها البعض، مع بقائها مرتبة بنمط متماثل.  عندما يُطبق الضغط الميكانيكي على المادة، يُفقد هذا التماثل، مما يؤدي إلى إنتاج شحنة كهربائية.

الطور بيتا من PVDF.

خاصية فريدة أخرى للمواد هي الطبيعة العشوائية ووجود نطاقات وايس (المجالات المغناطيسية) التي تتجه مغناطيسيًا دون تأثير مغناطيسي خارجي.
اكتُشف لاحقًا أن هذه المواد نفسها أظهرت خاصية عكسية مباشرة للتأثير الكهربائي.  تبين أنه إذا تم تطبيق شحنة كهربائية على المادة، فإن تشوهًا ميكانيكيًا قابلًا للتكرار يحدث داخل المادة.  قدم هذا الاكتشاف فائدة كبيرة لهذه المواد، حيث ضاعف عمليًا من حالات استخدامها المحتملة.

المشاركة في معرض CES 2024

DeRUCCI Group قدمت خطًا جديدًا من تقنيات صحة النوم، بما في ذلك المراتب الذكية وغيرها من حلول إنترنت الأشياء (IoT) الذكية المصممة لنوم أكثر صحة.  هذه المراتب تتضمن ميزات متقدمة مثل حساسات النوم/الصحة المدعومة بالذكاء الاصطناعي ووحدات دعم هوائي مع حساسات سيراميك كهروضغطية، والتي، إلى جانب مراقبة النوم المتقدمة بالذكاء الاصطناعي، تسمح بتعديلات تلقائية للارتفاع والصلابة.

Goertek Inc. أيضًا أحدثت ضجة بمجموعة متنوعة من المنتجات في الحدث.  من بين عروضها كانت التطورات في الإلكترونيات السيارات، بما في ذلك وحدة تحكم مركزية داخل السيارة تدمج تقنية رد فعل لمسي كهروضغطي. يمثل هذا الابتكار خطوة نحو تحسين تجربة التفاعل داخل المركبات.

Boreas Technologies عرضت منتجًا مبتكرًا في مجال الروبوتات، وهو بالتحديد “أزرار لمسية صلبة الحالة من بوريا” (Boréas Solid-State Piezo Haptic Buttons).  يُوصف هذا المنتج بأنه يمثل تقدمًا كبيرًا في تقنية اللمس، حيث يستخدم مواد كهروضغطية لإنشاء تجربة مستخدم أكثر لمسية واستجابة.

تبرز هذه المنتجات مرونة استخدام المواد الكهرضغطية في قطاعات مختلفة، وتوضح أهميتها المتزايدة في تطوير تقنيات ذكية وسريعة الاستجابة.