عدد اليوم
فكرة وجود آلة تعمل لا تتصل بمصدر للطاقة طوال الوقت ولكنها في الوقت نفسه تعمل دائماً ولا تتوقف أبداً، هي فكرة غير معقولة. يجب أن تأتي الطاقة التي تحتاج إليها من مكان ما. لكن إذا كان مصدر الطاقة يأتي مباشرة من البيئة المحيطة، فإن الفكرة قد تبدو أنها قابلة للتنفيذ، حيث يتم إسقاط الطاقة من البيئة إلى الأجهزة ذات الكفاءة العالية مباشرة. وهنا يمكن أن يطلق البعض اسم «الحوسبة الدائمة».
ويمكن أن تكون آلات حصاد الطاقة هذه صغيرة للغاية، ولا يوجد أي قانون فيزيائي يقول إنه لا يمكن في يوم من الأيام أن يتم تخزين الطاقة من البيئة المحيطة في مستقبلات متناهية الصغر. ويمكن أن نتخيل أجهزة استشعار صغيرة، للصوت والاهتزاز والمواد الكيميائية والضوء والحركة، لا تتطلب الاتصال بمصدر للكهرباء أو ببطاريات يجب تغييرها أو شحنها من وقت لآخر.
وستكون الموجة الأولى من الأبحاث المتعلقة بهذه التقنية الذكية عبارة عن تزويد الأجهزة بمستقبلات للطاقة صغيرة الحجم مثبتة في أجهزة كمبيوتر صغيرة الحجم يمكنها استقبال الطاقة عبر موجات لاسلكية من محيط يبلغ كيلومتر واحد. ومعظم التطبيقات المبكرة التي تدور حولها هذه الأبحاث حالياً تعتمد على ما تم إنجازه فيما يخص بالتحكم في الأجهزة المنزلية عن بعد حيث يتم التحكم في تلك الأجهزة «الذكية» لا سلكياً عن طريق أجهزة استشعار عن بعد.
في نهاية المطاف، ويعتقد الباحثون أن هذه التقنية الذكية ستسهل كثيراً حياة الأشخاص، حيث يمكن الاستمتاع باستخدام الكاميرات في تسجيل رحلات في مناطق نائية لا تتمتع بتوافر الكهرباء، أو تثبيت مستقبلاً الطاقة حول المنزل وفي السيارة، مما يجعل الطاقة متوافرة لعمل الأجهزة المختلفة بكفاءة حتى لو انقطعت الكهرباء. ويطلق الباحثون على هذه الأجهزة «الغبار الذكي».
هناك تحديات مختلفة تواجه هذه التقنية الجديدة. فالرقاقات الدقيقة المستخدمة حالياً هي في معظم الأحيان تحتاج للكثير من الطاقة لتُبقي الأجهزة متصلة لاسلكياً طوال الوقت حتى نتمكن في التحكم في الأجهزة عن بعد. كما لا يزال من غير المعروف بعد، كيف ستبدو كفاءة أداء وطول عمر الرقائق التي تستخدم في صناعة المستقبلات. وعندما يتم حل هذه المشكلات، من المرجح أن تتم إثارة العديد من التساؤلات بشأن الخصوصية لمستخدمي هذه التقنية الذكية.
ديناميكية الطاقة
في الواقع، لقد أصبح الغبار الذكي ممكناً الآن بسبب التقنيات الجديدة لتخفيض كمية الطاقة الإلكترونية المطلوبة.
«إذا نظرنا إلى الأمر من جانب استهلاك الطاقة، وكفاءة استخدام الطاقة في الإلكترونيات الدقيقة، فقد تحسنت بدرجة مذهلة منذ اختراع أول حاسوب في العالم وحتى يومنا هذا». حسبما يقول جوشوا سميث، الأستاذ في جامعة واشنطن المتخصص في أنظمة الطاقة المنخفضة والاتصالات اللاسلكية. وسميث هو أحد مؤسسي شركة جيفا وايرلس، وهي من بين الشركات الرائدة في استخدامها للاتصالات فائقة الطاقة عبر مسافات طويلة للتطبيقات الصناعية وأجهزة الاستشعار البيئية في المزارع والعديد من التطبيقات الأخرى.
وقد نشأت صناعات محلية داخل الولايات المتحدة مختصة في إنتاج الرقائق التي تستهلك كميات ضئيلة من الطاقة، بما في ذلك الشركات الناشئة مثل أمبيج مايكرو والتي تتخصص في إنتاج أجهزة الاستشعار والبطاقات الذكية، كذلك شركة بيسيكيك، التي تقوم ببناء الإنترنت الصناعي من دون بطارية لأنظمة الأجهزة التي تستخدم الطاقة المنخفضة.
هناك الآن طرق أفضل لحصاد الطاقة من البيئة، حيث تعمل حفنة من الشركات الناشئة على أنظمة الاتصالات اللاسلكية التي تحتاج إلى القليل من الطاقة، بحيث تستطيع الوحدات البعيدة حصاد الطاقة من المحطة الأساسية التي تتواصل معها.
ويقول غريغوري دورغين، وهو أستاذ بمعهد جورجيا للتكنولوجيا وخبير في نقل الطاقة اللاسلكية. «نحن لسنا قريبين بأي حال من الأحوال من الاستفادة بشكل عملي وعلى نطاق واسع بالطاقة اللاسلكية، سواء فيما يتعلق بالاتصالات أم كمصدر للطاقة».
ويضيف: «هناك تقنية مهمة للغاية، وهي تقنية (واي فاي)، فعن طريقها يمكن التواصل مع عبر العديد من الأميال مع الأجهزة المختلفة».
وتعد الحرارة مصدراً آخر واعداً للطاقة التي يُطلق عليها «الغبار الذكي». وكما عرف العلماء منذ فترة طويلة، يمكن أن يؤدي اختلاف في درجة الحرارة على جانبين من مواد معينة إلى توليد تيار كهربائي. تعمل ساعة ماتريكس باور، وهي من إنتاج شركة ماتريكس للصناعات الإلكترونية، وهي ساعة ذكية تستخدم فقط حرارة الجسم لتجديد الطاقة.
وهذه الساعة تستخدم التكنولوجيا الحرارية لشحن بطاريتها، كما أنها تعرض على الشاشة مقدار الطاقة الكهربائية التي يولدها الجسم الذي تلامسه. وقد حققت «ماتريكس» 30 مليون دولار في الاستثمار منذ تأسيسها في عام 2011.
وتمتلك الشركة في الوقت الحالي تكنولوجيا قادرة على تزويد أجهزة الاستشعار بالطاقة في المصانع، حيث يتم إنتاج أجهزة مختلفة مثل المحركات.
محطات أكثر موثوقية
وفي باكستان، ترغب شركة ذا هب باور في جعل محطات توليد الطاقة تعمل بشكل أكثر موثوقية عن طريق جمع وإرسال بيانات الاهتزاز والحرارة لاسلكياً إلى شركة جنرال إلكتريك، التي تقوم بتوصيات الصيانة. لكن على كل البطاريات في المئات من أجهزة الاستشعار أو غيرها استهلاك الكثير من الطاقة من أجل إتمام تلك المهمة، كما يقول علي خان، مدير الشركة. وأضاف: «عندما سمع مديرو الشركة عن التكنولوجيا التي تتبناها شركة ماتريكس، وقرروا تجربة ذلك». وتعمل الشركة حالياً على التحقق من كيفية عمل شركة ماتريكس للتقنية، وتخطط لطرح أجهزة استشعار في إحدى محطات توليد الطاقة في وقت ما من العام المقبل، مع مواصلة العمل من أجل المزيد من الخطوات التي يجب اتباعها لتحقيق أكبر استفادة ممكنة من تقنيات توفير الطاقة.
كما تقوم «ماتريكس» بتطوير نظام يمكنه توليد الطاقة فقط من التقلب اليومي لدرجات حرارة الهواء من ليلة إلى أخرى، ومع تذبذب يومي من 20 درجة فهرنهايت، يمكن أن يولد في المتوسط من 5 إلى 10 ملي واط. هذا يكفي لتشغيل مجموعة متنوعة من المستشعرات.
الأقمشة والألبان
حجم النظام الذي يعمل بالطاقة في درجة حرارة الهواء، وهو بحجم جهاز «امازون إيكو» حالياً، ولكن شركة ماتريكس تأمل في تقليص حجمه إلى حجم علبة الكوكاكولا، وتقول الشركة، إن تقليص حجم المستقبلات سيجعلها أكثر عملية فيما يتعلق باستخدام الغبار الذكي.
من المنتظر أن تعمل مولدات الطاقة من الحرارة على تقليص حكم المستشعرات التي تستقبل وتخزن الطاقة والتي من المفترض أن تكون مبعثرة في جميع أنحاء المنزل.
في هذه الأثناء، هناك الكثير من التطبيقات التي يمكن أن يكون حجم مشروب الصودا فيها قابلاً للتطبيق تماماً، وأكثر من ذلك يمكن للأشياء الدافئة أن تشغل مستشعرات دائمة أصغر حجما. فالأبقار، على سبيل المثال، تنتج الكثير من حرارة الجسم، ويمكنها بسهولة أن تُشغل الأجهزة الذكية الصحية ذات الحجم الكبير. وهو استثمار قام به العديد من المزارعين بالفعل.
ومع تحسن التكنولوجيا، يعتقد د. دورغين من شركة جورجيا للتكنولوجيا أن هذه التقنية ستعني إعادة التفكير في عالمنا السلكي إلى حد كبير. مما قد يوفر الكثير مثل، حوالي 50 رطلاً من الأسلاك التي تستخدم في تصنيع كل سيارة، ربما يمكنك التخلص من الكثير منها باستخدام مستشعرات لاسلكية تعمل بالطاقة بشكل مستقل. ويمكن تكوين المنازل الذكية دون جميع الأسلاك وخطوط الكهرباء اللازمة حالياً.
وبقدر ما يبدو الأمر رائعاً، يمكن لأي شخص استخدام هذه التقنية لتطوير جهاز تتبع دائم أو حجم صغير للميكروفون أو كاميرا يمكن تثبيتها في السيارة، أو في أي مكان آخر، حقاً. وبينما لم يكشف أحد علناً عن وجود مثل هذه الأجهزة حتى الآن، إلا أن هناك سباقاً بالفعل بين عدد من الشركات لتطوير هذه التقنية التي من المنتظر أن تتوافر في الأسواق قريباً.
بقلم / كريستوفر ميمز
