Rüzgâr ve hareketten elektrik üreten çadır geliştirildi

Araştırmacılar, çevresindeki hareketlerden yararlanarak kendi elektriğini üretebilen yeni bir çadır tasarladı. Manyetoelastik malzemelerden hazırlanan çadır; rüzgâr, kumaşın esnemesi ve içerisindeki insanların hareket etmesiyle ortaya çıkan mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürüyor. Teknolojinin gelecekte şebekeden bağımsız kamp alanlarında, taşınabilir barınaklarda ve afet bölgelerinde kullanılması hedefleniyor. Geleneksel çadırlar yalnızca dış koşullardan koruma sağlarken yeni tasarım, barınağın yüzeyini aynı zamanda bir enerji toplama sistemine dönüştürüyor. Rüzgârın çadır kumaşını hareket ettirmesi, bir kişinin içeride yer değiştirmesi veya kurulum sırasında yüzeyin gerilmesi elektrik üretimine katkı sağlayabiliyor. Sistem güneş ışığına ihtiyaç duymadığı için gölgede, kapalı havada ve gece saatlerinde de çalışabiliyor. Ancak geliştirilen prototip henüz yüksek güç tüketen cihazları çalıştırabilecek seviyede elektrik üretmiyor.

Manyetoelastik çadır nasıl elektrik üretiyor?

Yeni çadırın çalışma prensibi, bükülme ve gerilme hareketlerini elektrik enerjisine dönüştürebilen manyetoelastisite özelliğine dayanıyor. İlk olarak 1865 yılında fizikçi Emilio Villari tarafından tanımlanan bu özellik, bir malzemeye mekanik gerilim uygulandığında manyetik akı yoğunluğunun değişmesini ifade ediyor. Çadır kumaşı büküldüğünde, gerildiğinde veya esnediğinde kullanılan malzemenin manyetik durumu da değişiyor. Ortaya çıkan değişim, elektromanyetik indüksiyon yoluyla elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Böylece normal şartlarda boşa gidecek rüzgâr ve hareket enerjisinin küçük bir bölümü kullanılabilir hâle getiriliyor. Çadırın tabanında manyetoelastik şeritler yer alırken çatı kısmında iletken lifler ile manyetoelastik filmi birleştiren katmanlı bir yapı kullanılıyor. Bu akıllı tekstil katmanları, barınağın farklı bölümlerindeki çevresel ve biyomekanik hareketlere aynı anda tepki verebiliyor. Tasarımın ayrıntıları 31 Temmuz’da Matter dergisinde yayımlanan araştırmayla açıklandı.

Manyetoelastik malzemelerin insan hareketleri, ses ve farklı mekanik kaynaklardan elektrik üretebildiği daha önceki çalışmalarda gösterilmişti. Yeni araştırma ise aynı yöntemi daha büyük bir kumaş sistemine uyarlamasıyla öne çıkıyor. Çadırın geniş yüzeyi, sürekli olarak rüzgâra ve kullanıcı hareketlerine maruz kaldığı için enerji toplamak amacıyla uygun bir alan oluşturuyor. Üretimin devam edebilmesi için kumaşın hareket etmesi veya esnemesi gerekiyor. Rüzgârsız ve tamamen hareketsiz koşullarda sistemin üreteceği elektrik de önemli ölçüde azalıyor. Buna karşılık güneş panellerinden farklı olarak doğrudan ışığa bağlı olmaması, teknolojinin kullanım alanını genişletebilir. Çadırın farklı bölümlerine yerleştirilen enerji toplayıcı katmanlar, aynı anda birden fazla hareket kaynağından yararlanabiliyor. Araştırmacılar böylece barınağın kendi yapısını harici bir enerji sistemi taşımadan elektrik üretmek için kullanmayı amaçlıyor.

Küçük bir kumaş parçası 5,8 volt üretti

Araştırma sırasında manyetoelastik tekstil biriminin küçük bir örneği üzerinde de enerji üretim testi gerçekleştirildi. Kumaşa elle dokunulması, 0,22 mikrofarad kapasiteli bir kondansatörün 1,5 saniye içerisinde 5,8 volta kadar şarj edilmesini sağladı. Bu değer, düşük güçle çalışan bir sensör düğümündeki küçük zamanlama veya filtre kapasitöründe görülebilecek bir seviyeye karşılık geliyor. Üretilen enerji bir akıllı telefonu doğrudan çalıştırmak veya tam olarak şarj etmek için yeterli değil. Buna rağmen küçük bir malzeme parçasının basit bir dokunuşla elektrik üretebilmesi, sistemin daha geniş yüzeylere uygulanabileceğini gösteriyor. Çadırın tamamında oluşan hareketlerin bir araya getirilmesiyle daha yüksek miktarda enerji toplanması hedefleniyor. Araştırmacılar henüz tam boyutlu sistemin farklı rüzgâr hızlarında ne kadar elektrik üreteceğine ilişkin kapsamlı gerçek dünya sonuçları paylaşmadı. Bu nedenle prototipin pratik enerji kapasitesinin ilerleyen testlerle belirlenmesi gerekiyor.

Teknolojinin ilk aşamada LED aydınlatmalar, sensörler ve düşük güç tüketen küçük elektronik sistemler için kullanılması bekleniyor. Gelecekte üretim kapasitesinin artırılması durumunda telefon şarjı gibi ihtiyaçlara da katkı sağlayabileceği düşünülüyor. Ancak mevcut sistem, mikrodalga fırınlar veya elektrikli aletler gibi yüksek güç isteyen cihazları çalıştırmak amacıyla tasarlanmadı. Manyetoelastik çadırın şebeke elektriğinin, jeneratörlerin veya yüksek kapasiteli bataryaların yerini tamamen alması da beklenmiyor. Bunun yerine diğer enerji kaynaklarını destekleyen tamamlayıcı bir çözüm olarak kullanılması planlanıyor. Afet bölgelerinde çalışan basit sensörler, acil durum aydınlatmaları veya iletişim sistemleri için küçük miktarda enerji bile önemli olabilir. Şebekeden uzaktaki kamp alanlarında da güneş ışığı bulunmadığı zamanlarda hareketten enerji toplamaya devam etmesi avantaj sağlayabilir. Çadırın enerji üretmek için yakıta ihtiyaç duymaması ve ağır bataryalara olan bağımlılığı azaltabilmesi de taşınabilir sistemler açısından önem taşıyor.

Dayanıklılık ve seri üretim henüz belirsiz

Manyetoelastik çadırın gerçek kullanım koşullarına hazır hâle gelmesi için yanıtlanması gereken çeşitli sorular bulunuyor. Kumaşın tekrar tekrar katlanması, açılması ve uzun süre rüzgâra maruz kalması enerji üretim katmanlarında aşınmaya neden olabilir. Yağmur, nem, sıcaklık değişimleri ve güneş ışığının malzemenin performansını nasıl etkileyeceği de henüz bilinmiyor. Araştırmacıların tam boyutlu bir çadırın günlük kullanımda ne kadar elektrik toplayabileceğini ayrıntılı biçimde ölçmesi gerekiyor. Sistemin elde ettiği enerjinin nasıl depolanacağı ve bağlı cihazlara hangi verimlilikle aktarılacağı da pratik kullanımı belirleyecek. Üretimde kullanılan manyetoelastik film ve iletken liflerin uygun maliyetle seri üretime uyarlanması bir başka önemli aşamayı oluşturuyor. Mevcut çalışma, teknolojinin geleneksel güç kaynaklarının yerini almaya hazır olduğunu göstermese de hareket eden kumaş yüzeylerin enerji toplayabileceğini kanıtlıyor. Geliştirme çalışmaları başarılı olursa geleceğin çadırları insanları yalnızca dış koşullardan korumakla kalmayıp küçük cihazlar için elektrik de üretebilir.