Φανταστείτε ότι πετάτε στα βουνά όταν χτυπήσει μια χιονοθύελλα. Παρά το ζεστό παλτό σας, η θερμοκρασία του σώματός σας αρχίζει να πέφτει. Αλλά φοβόμαστε όχι. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας στο παλτό σας αισθάνονται ότι παίρνετε ψυχρότερο, ενεργοποιώντας θερμαντικά στοιχεία που είναι ενσωματωμένα στο ύφασμα. Τέλεια φρυγανιά, συνεχίζετε την πεζοπορία σας.
Ακούγεται σαν έξυπνη ιδέα, έτσι; Γιατί δεν είναι πραγματικότητα; Με μια λέξη, μπαταρίες. Η τεχνολογία της μπαταρίας δεν έχει προχωρήσει τόσο γρήγορα όσο η τεχνολογία που φοριέται, δηλαδή οι φορητές συσκευές - smartwatches, συσκευές παρακολούθησης γυμναστικής, ενσωματωμένοι ιατρικοί αισθητήρες ρούχων - πρέπει είτε να είναι εφοδιασμένοι με ογκώδεις μπαταρίες είτε να είναι φορτισμένοι σε συχνές χρονικές περιόδους.
Τώρα, οι ερευνητές στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουν μια νέα εξέλιξη που θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια λύση: μια ευέλικτη, μπαταρία-σαν συσκευή από το graphene που μπορεί να τυπωθεί άμεσα σε σχεδόν οτιδήποτε.
"Μπορείτε να εκτυπώσετε τις μπαταρίες σε ένα εύκαμπτο υπόστρωμα όπως τα υφάσματα", λέει ο Mohammad Nazmul Karim, ένας συνεργάτης του Εθνικού Ινστιτούτου Graphene στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ. "Και μπορεί να χρεωθεί πολύ γρήγορα."
Οι συσκευές, που περιγράφηκαν πρόσφατα στο περιοδικό 2D Materials, δεν είναι τεχνικά μπαταρίες αλλά υπερκατασκευαστές, οι οποίοι αποθηκεύουν ενέργεια στις επιφάνειές τους με στατική φόρτιση. Μπορούν να χρεώνονται πολύ γρήγορα σε σύγκριση με τις μπαταρίες - σε δευτερόλεπτα, αντί για λεπτά ή ώρες - και δεν χάνουν τις δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας με την πάροδο του χρόνου, ακόμα και μετά από εκατομμύρια και εκατομμύρια χρεώσεις.
Οι υπερκαταναλωτές που αναπτύσσονται από τον Karim και την ομάδα του είναι κατασκευασμένοι από το graphene, ένα δισδιάστατο πλέγμα άνθρακα μόνο ενός ατόμου σε πάχος. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια βασική τεχνική εκτύπωσης οθόνης για να εκτυπώσουν έναν ευέλικτο υπερκατασκευαστή μελάνης γραφί- νου-οξειδίου σε βαμβακερό ύφασμα. Το ύφασμα μπορεί να φορεθεί, να τεντωθεί και ακόμη και να ριχτεί στην πλύση χωρίς να καταστρέψει τις δυνατότητες φόρτισης του υπερπαραγωγού.
"Αν έχετε ένα κομμάτι ύφασμα και εφαρμόζετε graphene σε αυτό το ύφασμα, δεν το κάνει μόνο αγώγιμο, αλλά το κάνει πιο ισχυρό", λέει ο Karim.
Το Graphene μπορεί να τεντωθεί μέχρι 20% μεγαλύτερο από το αρχικό του μέγεθος χωρίς να σπάσει. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που θεωρούνται τόσο ελπιδοφόροι για φορούν, που πρέπει να κινηθούν με το σώμα.
Ο αρχικός στόχος της ομάδας είναι να χρησιμοποιήσει τους υπερκαταναλωτές graphene για ιατρικούς αισθητήρες: φορητές συσκευές παρακολούθησης της καρδιάς, αισθητήρες θερμοκρασίας και αισθητήρες EEG για την παρακολούθηση του ύπνου και άλλων δραστηριοτήτων του εγκεφάλου. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί σε μόλις δύο ή τρία χρόνια, εκτιμά ο Karim. Άλλες χρήσεις-ρούχα η φόρτιση του κινητού σας τηλεφώνου, φορητών υπολογιστών, ακόμα και του σακκουλιού σταθεροποίησης της θερμοκρασίας που περιέγραψα - θα ήταν σημαντικά πιο κάτω στο δρόμο.
Φοριζόμενη τεχνολογία - τα πάντα, από τα smartwatch έως τους ιχνηλάτες γυμναστικής έως τις φορητές κάμερες με ενσωματωμένους ιατρικούς αισθητήρες - είναι μεγάλη δουλειά. Μια πρόσφατη ανάλυση από την CCS Insight υποδεικνύει ότι η βιομηχανία θα είναι αξίας περίπου 34 δισεκατομμυρίων δολαρίων έως το 2020. Ωστόσο, η χρέωση ήταν ένα σταθερό πρόβλημα για τους υπεύθυνους για την ανάπτυξη φορητών υπολογιστών. Κανείς δεν θέλει να πάρει το βραχιολάκι μακριά για να χρεώσει στη μέση της ημέρας. Έτσι, η αναζήτηση καλύτερων μπαταριών και εναλλακτικών λύσεων χρέωσης συνεχίζεται εδώ και χρόνια. Πολλές εταιρείες έχουν τραντάξει την ασύρματη φόρτιση ως το κύμα του μέλλοντος για φορητά είδη - θα μπορούσατε απλά να μπείτε στην κουζίνα σας και να φορτίσετε τη συσκευή σας από έναν ασύρματο φορτιστή στον τοίχο, ενώ μαγειρεύετε δείπνο χωρίς να το αφαιρείτε. Ωστόσο, η τεχνολογία εξακολουθεί να βρίσκεται σε εξέλιξη και οι καταναλωτές έχουν αργά θέρμανση στους σχετικά αργούς και ακριβούς ασύρματους φορτιστές στην αγορά μέχρι στιγμής.
Ο Karim προειδοποιεί ότι το graphene δεν είναι ούτε ασημένια σφαίρα.
"Υπάρχει πολλή δημοσιότητα γύρω από το graphene, και πρέπει να είμαστε προσεκτικοί", λέει.
Μία σημαντική πρόκληση είναι η παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων υψηλής ποιότητας γραφένιο. Είναι φτηνό και εύκολο να φτιάξετε καφέ ποιότητας, το οποίο είναι καλό για ορισμένες εφαρμογές. Αλλά η καλύτερη ποιότητα του γραφένιου είναι ακόμα δαπανηρή και επίπονη για παραγωγή, ένα πρόβλημα στο οποίο εργάζονται οι ερευνητές.
"Η διατήρηση της υψηλής ποιότητας γραφένιο σε μια κλιμακούμενη ποσότητα είναι μια τεράστια πρόκληση", λέει ο Karim.
Ένα άλλο μειονέκτημα για το graphene είναι ότι δεν εκτελεί ηλεκτρική ενέργεια καθώς και μέταλλα. Έτσι, ενώ οι υπερκράκτες με βάση το γκρέφφιν είναι ισχυροί και ευέλικτοι, καθώς και σχετικά φιλικοί προς το περιβάλλον, οι υπερκερχόμενοι πόροι αργύρου ή χαλκού είναι πιο αγώγιμοι. Ανάλογα με τη χρήση, το ένα ή το άλλο μπορεί να είναι προτιμότερο.
Παρακολουθήστε λοιπόν αυτόν τον χώρο. Σε μια δεκαετία ή δύο, θα μπορούσαμε να περιγράψουμε το καινούργιο χειρουργικό σακάκι με υπέρυθρη κεφαλή γεμάτο γκριφέν, ιδανικό για το επόμενο ταξίδι σας στα Ιμαλάια.
