إرسال الطاقة لاسلكياً لأجهزة الاستشعار متناهية الصغر

لأجهزة , لاسلكياً , متناهية , الاستشعار , الشعر , الطاقة , إرساء

رغم سهولة إرسال معلومات عبر الأثير فى صورة موجات من الراديو، إرسال الطاقة عبر الهواء خاصة آلة ضئيلة الحجم ما زال أمرًا فى غاية الصعوبة. هذه الآلات الضئيلة التى نعرفها باسم أجهزة الاستشعار أو المجسات اللاسلكية قد توجد فى أى مكان خارج نطاق رؤيتنا، سواء كانت فى صورة أجهزة تسارع ضئيلة فى السيارات أو مجسات للإحساس بالتصادم وإطلاق الوسادة الهوائية، أو مجسات الحركة الضئيلة فى جهاز التحكم فى لعبة نينتيندو لتحويل ضربة التنس إلى حركة على الشاشة، أو مجسات الحركة والسرعة والقرب فى الهواتف الذكية لكى تستشعر مكانها فى الفراغ.

تشترك هذه الآلات الضئيلة التى تعرف باسم “النظم الميكروكهروميكانيكية” فى أنها ملتصقة أو قريبة للغاية من مصدر طاقة، غير أن هناك تطبيقات واسعة وكبيرة مثل المستشعرات اللاسلكية التى تزرع فى المخ تحتاج إلى إمدادها بالطاقة عبر الفراغ.
اكتشف باحثون فى كلية الهندسة بجامعة بوسطن حلًا لهذه المشكلة، فقد صمموا جهازًا ميكروميكانيكيًا ضئيلًا، وقاموا بتشغيله وإغلاقه باستخدام نانو وات واحد فقط من الطاقة، وهو ما يعادل واحدا على مليار من الوات وذلك على مسافة قدرها ثلاثة أقدام.
الجهاز عبارة عن خليط ضئيل للغاية من الذهب ونيتريد الألمونيوم يهتز أو يتذبذب بترددات ضئيلة من الموجات الدقيقة. ويبلغ عرض هذا الجهاز الرنان 100 ميكرو أى أعرض قليلًا من عرض شعرة الإنسان.
يقول الباحثون إن الطاقة اللاسلكية ليست جديدة فقد عرضها نيكولا تيسلا فى عام 1893 فى معرض العالم، ولكنهم يرون أن هذه هى المرة الأولى التى تستخدم فيها الطاقة اللاسلكية مع جهاز رنان ميكروميكانيكي. فى جولة ثانية من التجارب، حقق الجهاز كفاءة أعلى بنسبة مبهرة قدرها 15 % باستخدام تردد راديو مرتفع.
تطبيقات مبشرة فى مجال أمراض المخ
من أهم التطبيقات الواعدة لهذا النوع من الأجهزة يكمن فى مجال الجينات البصرية، التى تسلط الضوء على خلايا المخ المعدلة وراثيًا لكى تتصرف بطريقة معينة. يتيح هذا المجال إمكانيات كبيرة لأبحاث علوم الأعصاب وكذلك العلاجات الممكنة للاضطرابات العصبية مثل مرض باركنسون.
زرع أجهزة الاستشعار فى الجسم، خاصة المخ، أمر محفوف بالتحديات، إذ ينبغى أن تكون هذه الأجهزة ضئيلة للغاية وفعالة ومنخفضة الاستهلاك من الطاقة ومنخفضة الإشعاع، ويجب أن تسافر الطاقة إلى الجهاز بسرعة عبر أنسجة العظم والمخ. ولا ينبغى أن تؤذى هذه الطاقة أنسجة المخ أو تؤثر على الخلايا. ولن يحتاج المريض إلى إجراء أى عمليات جراحية لتغيير أجهزة الاستشعار من حين لآخر، والأجهزة نفسها ستكون صغيرة الحجم للغاية لأنها لا تحتاج إلى بطارية من الأساس.
الرنين هو الحل
هناك طريقتان لإرسال الطاقة بلا أسلاك. الأولى هى المجالات المغناطيسية، ولها نطاق قصير ما لم تستخدم ملفات أسلاك ضخمة، مما يحدث من كفاءة واستخدام الأجهزة الضئيلة. الطريقة الثانية هى المجالات الكهربائية ولها نطاق أطول لكن الطاقة ترتد عن كل شيء يقابلها. وفكر العلماء بأن الحل يكمن فى تعديل المستقبل.، وذلك من خلال أجهزة الرنين، وهى مواد تهتز بصورة طبيعية بترددات معينة. تمثل أجهزة الرنين وحدات بناء الآلات الدقيقة، إذ يعتمد عليها كل شيء.
يتكون جهاز الرنين الذى صممه العلماء من طبقة من نيتريد الألمونيوم على قاعدة من السليكون، لأن نيتريد الألمونيوم عبارة عن مادة حساسة للكهرباء، فعندما تستشعر مجال كهربي، فإنها تهتز أو تتذبذب. وكانت المشكلة فى بناء هوائى ضئيل حتى تستشعر المادة الكهرباء فى الهواء. ثم غير الباحثون من أسلوب تفكيرهم، واتجهوا نحو استخدام جهاز الرنين نفسه كهوائي، وهنا يكمن الإنجاز.
رغم أن التكنولوجيا فى مهدها، يؤكد الباحثون إن تطبيقاتها ومجالات استخدامها لا حصر لها، ابتداءً من أجهزة الاستشعار عن بعد إلى تحسين أجهزة شحن الهواتف الذكية إلى الآلات الدقيقة التى تزرع فى المخ.

المصدر: ملتقى شذرات