Akıllı saatinizi her gece şarj etmekten yoruldunuz mu? Veya kalp pili kullanan hastaların pil değişimi için tekrar ameliyat olması fikri size de korkutucu geliyor mu? Giyilebilir teknolojinin önündeki en büyük engel "enerji" ve "batarya ömrü"dür. Ancak nanoteknoloji, bu sorunu kökten çözmeye aday bir kahramanla karşımıza çıkıyor: Piezoelektrik Nanogeneratörler (PENG).
Artık bataryaları taşımak yerine, bataryanın kendisi olabileceğiniz bir geleceğe doğru yürüyoruz. Bu yazıda, sadece yürüyerek, nefes alarak hatta kalbinizin atışıyla nasıl elektrik üretebileceğinizi ve bu teknolojinin arkasındaki nano-bilimi inceliyoruz.
Piezoelektrik, Yunanca "sıkıştırmak" (piezein) kelimesinden gelir. Bazı özel kristaller ve seramikler, mekanik bir baskıya maruz kaldıklarında (büküldüğünde, sıkıştırıldığında veya titreştiğinde) yüzeylerinde elektrik yükü biriktirirler. Çakmakların kıvılcım çıkarması bu prensibe dayanır.
Ancak Piezoelektrik Nanogeneratörler, bu etkiyi nano boyuta taşır. Saç telinden binlerce kat daha ince nano-kablolar (nanowires) kullanılarak, en ufak bir kas hareketi bile elektriğe dönüştürülebilir.
Geleneksel bataryalar ağırdır, serttir ve kırılgandır. Oysa PENG teknolojisi, nanomalzemelerin esnekliği sayesinde doğrudan kumaşların içine dokunabilir.
Tişörtünüzün kumaşına entegre edilmiş Çinko Oksit (ZnO) nanotel dizilerini hayal edin. Siz kolunuzu her hareket ettirdiğinizde, kumaş sürtünür ve bükülür. Bu hareket, mikro seviyede elektrik üretir.
Sonuç: Sabah koşunuzu yaparken akıllı bilekliğinizi veya telefonunuzu şarj eden bir tişört.
Yürümek, muazzam bir enerji israfıdır. Ayakkabı tabanına yerleştirilen çok katmanlı piezoelektrik nano-pedler, topuğunuzu yere her vurduğunuzda oluşan basıncı elektriğe çevirir.
Bu enerji, GPS takip cihazlarını veya sağlık sensörlerini çalıştırmak için kullanılabilir.
En kritik kullanım alanı sağlık sektörüdür. Kalp pilleri veya nöral stimülatörler pil gerektirir. Biyo-bozunur ve biyo-uyumlu piezoelektrik malzemeler, kalp atışının yarattığı titreşimi veya diyaframın nefes alırken yaptığı hareketi elektriğe dönüştürerek bu cihazlara ömür boyu güç sağlayabilir.
Bu teknolojiyi mümkün kılan şey, doğru nanomalzemeyi seçmektir. İşte en popülerleri:
Çinko Oksit (ZnO) Nanotelleri: PENG teknolojisinin yıldızıdır. Hem piezoelektrik özelliği yüksektir hem de biyo-uyumludur (vücut için zehirli değildir). Üretimi nispeten kolay ve ucuzdur.
PVDF (Poliviniliden Florür): Esnek bir polimerdir. Plastik benzeri yapısı sayesinde kıyafetlere ve bükülebilir ekranlara mükemmel uyum sağlar.
Kurşun Zirkonat Titanat (PZT): Çok yüksek elektrik üretir ancak kurşun içerdiği için giyilebilir teknolojiden ziyade endüstriyel sensörlerde tercih edilir.
Teknoloji heyecan verici olsa da, Nanokar gibi malzeme geliştiricilerinin çözmesi gereken bazı mühendislik zorlukları vardır:
Dayanıklılık ve Yıkanabilirlik: Enerji üreten bir tişörtü çamaşır makinesine atabilir misiniz? Nano-kaplamaların suya ve deterjana dayanıklı hale getirilmesi (enkapsülasyon) üzerine çalışmalar sürmektedir.
Verimlilik: Şu an için üretilen enerji miliwatt seviyelerindedir. Bir telefonu sıfırdan şarj etmek için henüz yeterli değil ama sensörleri çalıştırmak için idealdir.
Piezoelektrik nanogeneratörler, bizi prizlere bağımlı olmaktan kurtaracak "Enerji Hasadı" (Energy Harvesting) devriminin öncüsüdür. Gelecekte, enerjiyi dışarıdan aramak yerine, kendi vücudumuzun kinetik enerjisini kullanarak dijital hayatımızı sürdüreceğiz. Hareket ettiğimiz sürece, enerjimiz asla bitmeyecek.
