الوظيفة الأساسية للمواد الكهروإجهادية مثل تيتانات الزركونات الرصاص (PZT) ونيوبات الليثيوم (LiNbO3) في الأحذية المطبوعة رباعية الأبعاد هي العمل كوسائط لتحويل الطاقة. عند دمج هذه المواد في الحذاء، فإنها تستجيب للإجهاد الميكانيكي للمشي عن طريق تحويل هياكلها البلورية الداخلية، مما يحول الطاقة الحركية مباشرة إلى شحنة كهربائية.
الفكرة الأساسية: من خلال حصاد الطاقة من الحركة البشرية الطبيعية، تحول هذه المواد الأحذية العادية إلى منصات ذاتية التشغيل. هذا يقلل الاعتماد على البطاريات الخارجية ويمكّن التشغيل المستمر وفي الوقت الفعلي لأجهزة الاستشعار الصحية المدمجة.
آلية تحويل الطاقة
دور إزاحة البلورات
على المستوى الجزيئي، تُعرّف مواد مثل PZT و LiNbO3 من خلال شبكاتها البلورية المحددة. عندما يخطو مرتدي الحذاء، فإنه يطبق ضغطًا ميكانيكيًا على الحذاء.
يجبر هذا الضغط الهيكل البلوري الداخلي للمادة الكهروإجهادية على التحول أو التشوه. هذه الإزاحة الفيزيائية ليست طاقة ضائعة؛ بل تولد فورًا شحنة كهربائية قابلة للاستخدام.
الدمج عبر الطباعة رباعية الأبعاد
غالبًا ما تكون البلورات الكهروإجهادية الخام صلبة، مما يتعارض مع الحاجة إلى أحذية مريحة. تحل تقنية الطباعة رباعية الأبعاد هذه المشكلة عن طريق دمج هذه المواد في هياكل مرنة.
يسمح هذا للحذاء بالحفاظ على المرونة المطلوبة للمشي مع وضع العناصر الكهروإجهادية لالتقاط أقصى قدر من الإجهاد للتحويل.
المزايا التشغيلية للأجهزة القابلة للارتداء
تمكين أجهزة الاستشعار ذاتية التشغيل
تُستخدم الكهرباء المتولدة بشكل أساسي لتشغيل الإلكترونيات الموجودة على اللوحة. على وجه التحديد، تقوم بتشغيل أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء المصممة للمراقبة في الوقت الفعلي لصحة القدم.
من خلال حصاد الطاقة محليًا، يضمن النظام أن جمع البيانات المتعلقة بالمشية أو نقاط الضغط مستمر ولا يعاني من انقطاع التيار الكهربائي.
تعزيز استقلالية الجهاز
بالنسبة للتطبيقات في البيئات النائية أو القاسية، فإن الاعتماد فقط على البطاريات التقليدية يمثل مشكلة. يعمل حصاد الطاقة الكهروإجهادية كمصدر طاقة تكميلي مستدام.
هذا يطيل بشكل كبير عمر التشغيل للجهاز، ويقلل من تكرار تغيير البطاريات أو دورات الشحن أثناء المهام طويلة الأمد.
فهم المقايضات
طاقة تكميلية مقابل طاقة أساسية
على الرغم من أن هذه المواد تولد الكهرباء، إلا أنها تعمل بشكل أفضل كمصدر تكميلي بدلاً من بديل للبطاريات ذات السعة العالية.
تشير المراجع إلى أن هذه التقنية "تقلل الاعتماد" على البطاريات الخارجية. وهي الأكثر فعالية لأجهزة الاستشعار منخفضة الطاقة بدلاً من وحدات المعالجة التي تستهلك طاقة كبيرة.
الاعتماد الميكانيكي
يعتمد توليد الطاقة بالكامل على المدخلات الحركية. إذا كان مرتدي الحذاء ثابتًا، فلن تتحول هياكل البلورات، ويتوقف توليد الطاقة. يتطلب النظام حركة نشطة ليعمل بفعالية.
اتخاذ القرار الصحيح لهدفك
- إذا كان تركيزك الأساسي هو المراقبة الصحية في الوقت الفعلي: أعطِ الأولوية لوضع العناصر الكهروإجهادية في مناطق الضغط العالي للحذاء لزيادة الطاقة لبيانات المستشعرات المستمرة.
- إذا كان تركيزك الأساسي هو الاستقلالية الميدانية: اعتبر هذه التقنية موسعًا للنطاق يقلل من وزن البطارية والاعتماد اللوجستي للعمليات طويلة الأمد.
تمثل هذه التقنية تحولًا من الأجهزة القابلة للارتداء السلبية إلى الأنظمة النشطة التي تحصد الطاقة والتي تعتمد على نفسها من خلال نشاط المستخدم.
جدول الملخص:
| الميزة | الوظيفة والتأثير |
|---|---|
| المادة الأساسية | بلورات كهروإجهادية (PZT، LiNbO3) |
| الآلية الأساسية | تحويل الإجهاد الميكانيكي إلى شحنة كهربائية عبر إزاحة البلورات |
| طريقة التصنيع | الطباعة رباعية الأبعاد (دمج البلورات الصلبة في هياكل مرنة) |
| الفائدة الرئيسية | تمكين أجهزة الاستشعار الصحية القابلة للارتداء ذاتية التشغيل |
| استخدام الطاقة | مصدر طاقة تكميلي لتقليل الاعتماد على البطارية |
| المتطلبات | مدخلات حركية مستمرة (حركة نشطة) |
أحدث ثورة في خط الأحذية الخاص بك مع 3515 للتصنيع الذكي
بصفتنا شركة تصنيع كبيرة تخدم الموزعين العالميين وأصحاب العلامات التجارية، تقدم 3515 قدرات إنتاج شاملة لجميع أنواع الأحذية، مدعومة بسلسلة الأحذية السلامة الرائدة لدينا. سواء كنت تتطلع إلى دمج تقنيات حصاد الطاقة المتقدمة في أحذية تكتيكية أو تطوير أحذية تدريب وأحذية رياضية عالية الأداء، فإننا نوفر الحجم الصناعي والخبرة الفنية لتحويل رؤيتك إلى حقيقة.
من أحذية العمل المتينة إلى أحذية اللباس والأحذية الرسمية الأنيقة، نساعدك على تلبية متطلبات الدُفعات المتنوعة بابتكار متطور وجودة موثوقة. اتصل بنا اليوم لاستكشاف حلول الأحذية لدينا وشاهد كيف يمكن لتميزنا في التصنيع أن يضيف قيمة لعلامتك التجارية.
المراجع
- Antreas Kantaros, Dimitrios Piromalis. 4D Printing: Technology Overview and Smart Materials Utilized. DOI: 10.3844/jmrsp.2023.1.14
تستند هذه المقالة أيضًا إلى معلومات تقنية من 3515 قاعدة المعرفة .