اقتصاد دانش بنیان

معضل مهم جهانی

در سالهاي اخير وسايل الکترونيکي با شيبي رو به افزايش به قسمتي از زندگي روزمره ما بدل شده اند و به صورت ساعتي و دقيقه اي از تلفنهاي هوشمند تا سنسورها زباله هاي الکترونيکي به وجود ميآيد. براساس گزارش يکي از برنامه هاي محيطزيستي سازمان ملل مشخص شده که تقريبا 50 ميليون تن زباله الکترونيکي تنها در سال ميلادي جاري (2017) توليد خواهد شد که اين آمار نسبت به مقدار گزارش شده براي سال 2015 ميلادي 20 درصد افزايش نشان ميدهد.

دکتر ژنان بائو، استاد مهندسي مواد دانشگاه استنفورد و تيمش به دنبال راهي براي ايجاد تغيير اساسي در ماهيت زباله هاي الکترونيکي هستند. او ميگويد: «در گروه پژوهشي مان سعي ميکنيم کارکرد پوست انسان را تقليد کنيم تا بتوانيم درباره آينده ساخت وسايل مختلف الکترونيکي تصميم بگيريم. پوست خاصيت کشساني و انعطاف پذيري دارد، ميتواند خودش را ترميم کند و از همه مهمتر در محيط تجزيه ميشود. اين موارد گزينه هاي مطلوبي براي وسايل الکترونيکي به حساب ميآيند.»

تيم مطالعاتي يک وسيله الکترونيکي انعطاف پذير ساخته است که به سادگي و با اضافه کردن يک اسيد بسيار ضعيف مثل سرکه آشپزي تجزيه ميشود. دکتر تينگ لي از محققان پروژه ميگويد: «اين اولين نمونه از پليمرهاي نيمه هادي با قابليت تجزيه پذيري در طبيعت است. علاوه بر اين پليمر که نوعي پلاستيک هادي و انعطاف پذير است، تيم تحقيقاتي يک مدار الکترونيکي و نوعي پيشماده براي کاربرد در ساخت اجزاي الکترونيکي، هر دو با خاصيت تجزيه پذيري طراحي کرده است. اين پيشماده اجزاي الکتريکي را پشتيباني ميکند و با توجه به انعطافپذيري بالا براي کاربرد در سطوح نرم و سخت مناسب تشخيص داده شده و کل مجموعه به ترکيباتي بيخطر و غيرسمي قابل تجزيه است.»

دکتر بائو در گذشته الکترودهاي انعطافپذير براساس مدل پوست انسان ابداع کرده بود. آنها ميتوانستند خم شوند و همچنين پيچ بخورند. بنابراين امکان کاربرد آنها روي پوست يا مغز در ابزارهاي پزشکي موجود بود، ولي قابليت تجزيه شدن در محيط را نشان نميدادند. بنابراين استفاده از آن اختراع براي کاربرد در ابزارهاي قابل کارگزاري در بدن محدود ميشد. به گفته دکتر بائو، طراحي و ساخت موادي سخت که توانايي هدايت الکتريسيته را داشته باشند و همزمان تجزيه پذيري نشان دهند، يک چالش به حساب ميآمد. آنها مشغول بررسي چگونگي غلبه بر هر دو مشکل بودند، به گونه اي که بتوان ويژگيهاي مورد نظر را در کنار يکديگر داشت.

در نهايت تيم دريافت که با دستکاري ساختار شيميايي ماده قابل انعطاف تحت استرسهاي ملايم شکننده ميشود. دکتر بائو شرح ميدهد: «ما به اين ايده رسيديم که اين مولکولها را با کمک نوع ويژه اي از لينکاژ شيميايي بسازيم که ميتواند قابليت انتقال نرم الکترونها را در طول مولکول حفظ کند. اين پيوند شيميايي همزمان نسبت به اسيد ضعيف حساس است. نتيجه توليد مادهاي بود که ميتواند سيگنالهاي الکتريکي را حمل کند، اما بدون نياز به روشهاي پيچيده شيميايي تجزيه شود.»   اين محققان مادهاي ابداع کردند که مدار الکترونيکي را برقرار ميکند و همچنين يک پليمر سلولزي است. اين ترکيب همان ماده اوليه کاغذ است، اما برخلاف کاغذ، با دستکاري در ساختار فيبري سلولز آنچه حاصل شد، شفاف و قابل انعطاف و همزمان تجزيه پذير است. اين صفحه نازک به جريان الکتريسيته اجازه عبور ميدهد و امکان نصب روي پوست و حتي داخل بدن دارد.

تلفيق تجزيه پذيري و هدايت الکتريسيته پليمر و پيشماده ابداعي آن را براي کاربرد در بازه گستردهاي از شرايط به گزينهاي مطلوب بدل ميسازد؛ از ابزارهاي پوشيدني ديجيتالي با کاربردهاي گسترده تا سنسورهاي مختلف و استفاده در مطالعات در مقياسهاي بزرگ محيط زيستي. دکتر بائو ميگويد: «اين ابداع راه را براي ساخت لايه هاي نازک، شفاف، راحت و نرمي مي گشايد که ميتوان آنها را روي پوست نصب کرد و مجموعه اي از ويژگيهاي مختلف مورد نظر از جمله فشار، قند و غيره را اندازهگيري و مورد پايش قرار داد. اين ابزار براي دوره معيني مثلا يک هفته يا يک ماه قابليت کاربرد دارد و در نهايت مجموعه اي از دادهها که جمعآوري آنها تاکنون با اين دقت ميسر نبوده، به دست ميآيند.»  

اين تنها يک مورد از قابليتهاي بالقوه استفاده از اين نوآوري است. وجود پيش ماده قابل تجزيه، پليمرها و الکترودهاي آهني کل سيستم را براي کارگزاري در داخل بدن انسان سازگار ميسازد. پليمر به ترکيباتي با غلظت بسيار پايينتر از آنچه در آب آشاميدني يافت ميشود، ميشکند. اگرچه با وجود تمام اين موارد، به گفته دکتر بائو به مطالعات بيشتري براي استفاده دائم از اين ترکيبات پليمري احتياج است.

اين ترکيبات را ميتوان در مناطق دورافتاده براي مطالعاتي در سطح وسيع به کار بست. يکي از محققان اين پروژه ميگويد: «به عنوان مثال ميتوان سنسورهاي تجزيهپذير را که براي محيطزيست سمي نيستند، با کمک هواپيما روي منطقه مورد مطالعه پخش و سپس با کمک آنها دادههاي موردنظر را جمع آوري کرد. در اين حالت هزينه هاي کارگزاري و جمعآوري سنسورها و نيروي کارگري لازم کاهش مييابد، محيط زيست آلوده نميشود و داده هاي دقيقي به دست ميآيد.»

منبع: مجله دانش بنیان