تصميم بطارية «ورقية» تشحنها بكتيريا الصرف الصحي

أعلن العلماء ابتكارهم بطارية "ورقية" ذات مصدر طاقة رخيص وسهل التصنيع لأجهزة الاستشعار الطبية في المناطق البعيدة والنامية، فيما يمكن شحنها بواسطة البكتيريا وهي قابلة للطي.
ويعرف هذا النوع بالبطاريات الحيوية التي تخزن الطاقة المولدة من المركبات العضوية، إذ تقوم البكتيريا الموجودة في الصرف الصحي بتوليد الطاقة. وصممت البطارية من مجال جديد من البحوث يسمى "الالكترونيات الورقية" Papertronics، أي مزيج من الورق والإلكترونيات، وفق ما ذكر موقع science alert.
وقال المهندس سيوخون شون تشوي من جامعة بينغهامتون: "برزت الإلكترونيات الورقية أخيراً باعتبارها وسيلة بسيطة ومنخفضة التكلفة، لتشغيل نقاط الرعاية في أجهزة الاستشعار الطبية المتاحة".
واستخدم الباحثون مكونات بسيطة لصنع هذا النوع الإلكترونيات، إذ وضعوا شريطاً من نترات الفضة على قطعة من الورق اللوني "الكروماتوغرافي"، ثم وضعوا فوق ذلك طبقة رقيقة من الشمع لإنشاء كاثود - القطب الموجب للبطارية.
ويمكن عمل نسخة احتياطية يُعتمد عليها من تلك البطاريات في المناطق التي لا يوجد فيها شبكة كهرباء أو بطاريات تقليدية.
في الناحية الأخرى من الورقة، صنع الفريق خزاناً من البوليمر الموصل، الذي يعمل ك آنود - (القطب السالب)، والذي مُلئ سابقاً ببضع قطرات من سائل مياه الصرف التي تحتوي على البكتيريا، وعند طي الورقة ليتلامس القطبان، تُشحن البطارية عن طريق عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا، المعروفة أيضاً باسم التنفس الخلوي.
وتعتمد كمية الطاقة المنتجة في هذه البطارية على عدد الورق الذي تمتلكه وكيفية تكدسه وطيه، أي كل ورقة قابلة للطي، تحتوي على عدد من البطاريات الصغيرة على شكل مربع موضوعة في شبكة كهربائية.
واستطاع الباحثون في اختباراتهم توليد 31.51 مايكرو وات في 125.53 مايكرو أمبير، باستخدام ست بطاريات "ثلاث بطاريات في كل صف، تطوى على ثلاثة آخرين)، و44.85 ميكرو وات في 105.89 ميكرو أمبير عند (طي 6 بطاريات على 3 آخرين).
وأقر الباحثون بأن الأداء متغير، وذلك يعتمد على وجود أي اختلال في طبقات الورقة أو الفجوات بينها، وأوضحوا أن الأداة في حاجة إلى الكثير من العمل للحصول على تيار أقوى من الورقة.
وأشار الباحثون إلى أن البطارية في شكلها الحالي قوية بما يكفي لتشغيل أجهزة الاستشعار الحيوية البسيطة، مثل أجهزة قياس مستويات الغلوكوز في مرضى السكري، أو الكشف عن مسببات الأمراض لدى المرضى، ما سيساعد في تقديم المساعدات الطبية العاجلة للأشخاص الذين يحتاجون إليها في أماكن لا يوجد فيها كهرباء.
وأوضح تشوي قائلاً: "يمكننا القول إن تكنولوجيا الوقود البكتيرية الورقية أقل أنواع التكنولوجيا الورقية تطوراً بين العديد من البطاريات المرنة والمتكاملة المعتمدة على الورق".
وأضاف: "نحن متحمسون لتلك التكنولوجيا، لأن الكائنات الميكروبية يمكنها جني الطاقة الكهربائية من أي نوع من المصادر القابلة للتحلل، مثل مياه الصرف الصحي، المتاحة بسهولة. أظن أن هذا النوع من البطاريات الحيوية الورقية يمكن أن يكون مصدر الطاقة المستقبلي للإلكترونيات الورقية".