تتحرك سيقان عباد الشمس طوال اليوم بحيث تواجه رؤوسها المنمقة الشمس دائمًا بصراحة أينما كانت في السماء. هذا الاتجاه الضوئي (Foh-toh-TROAP-ism) يساعد النباتات على امتصاص أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. واجه العلماء صعوبة في نسخ هذه القدرة باستخدام المواد الاصطناعية. حتى الآن.
طور باحثون في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس للتو مادة لها نفس النوع من القدرة على تتبع الشمس. يصفونها بأنها أول مادة ضوئية اصطناعية.
عند تشكيلها في قضبان ، يمكن لما يسمى SunBOTs التحرك والانحناء مثل سيقان عباد الشمس الصغيرة. هذا يسمح لهم بالتقاط حوالي 90 في المائة من الطاقة الضوئية المتاحة للشمس (عندما تشرق الشمس عليهم بزاوية 75 درجة). وهذا يمثل أكثر من ثلاثة أضعاف مجموعة الطاقة لأفضل أنظمة الطاقة الشمسية اليوم.
غالبًا ما كان العالم من حولهم مصدر إلهام للناس. قد يبحث العلماء أيضًا عن النباتات والحيوانات بحثًا عن أدلة على الاكتشافات الجديدة. Ximin هو عالم مواد. وجدت هي وفريقها فكرة مادتهم الجديدة في عباد الشمس.
صنع علماء آخرون مواد يمكن أن تنحني نحو الضوء. لكن هذه المواد تتوقف عند نقطة عشوائية. لا ينتقلون إلى أفضل وضع لالتقاط أشعة الشمس ثم البقاء هناك حتى يحين وقت التحرك مرة أخرى. تعمل SunBOTs الجديدة. العملية برمتها تحدث مرة واحدة تقريبا.
في الاختبارات ، وجه العلماء الضوء إلى القضبان من زوايا مختلفة ومن مجموعة من الاتجاهات. كما استخدموا مصادر ضوء مختلفة ، مثل مؤشر ليزر وآلة تحاكي ضوء الشمس. بغض النظر عن ما فعلوه ، اتبعت SunBOTs الضوء. انحنوا نحو الضوء ، ثم توقفوا عندما توقف الضوء - كل ذلك من تلقاء نفسه.
في 4 تشرين الثاني (نوفمبر) ، وصفوا كيفية عمل SunBOTs في Nature Nanotechnology.
كيفية صنع SunBOTs
صنعت SunBOTs من جزأين رئيسيين. واحد هو نوع من المواد النانوية. إنه مصنوع من قطع بحجم مليار من المتر من مادة تستجيب للضوء بالتسخين. قام الباحثون بدمج هذه البِتات النانوية في شيء يُعرف بالبوليمر. البوليمرات عبارة عن مواد مصنوعة من سلاسل طويلة ومربوطة من مواد كيميائية أصغر. يتقلص البوليمر الذي اختاره فريقه مع ارتفاع درجة حرارته. معًا ، يشكل البوليمر والنانو قضيبًا. قد تعتقد أنها شيء مثل أسطوانة من الغراء الصلب اللامع.
الشرح:ما هي البوليمرات؟
عندما أطلق فريقه الضوء على أحد هذه القضبان ، كان الجانب المواجه للضوء يسخن ويتقلص. هذا انحنى القضيب نحو شعاع الضوء. بمجرد أن يشير الجزء العلوي من القضيب مباشرة إلى الضوء ، يبرد جانبه السفلي ويتوقف الانحناء.
لقد صنع فريقه نسخته الأولى من SunBOT باستخدام قطع صغيرة من الذهب وهيدروجيل - هلام يحب الماء. لكنهم وجدوا أنه يمكنهم أيضًا صنع SunBOTs من العديد من الأشياء الأخرى. على سبيل المثال ، استبدلوا الذهب بقطع صغيرة من مادة سوداء. وبدلاً من الجل ، استخدموا نوعًا واحدًا من البلاستيك يذوب عندما يسخن.
هذا يعني أنه يمكن للعلماء الآن مزج ومطابقة الجزأين الرئيسيين ، اعتمادًا على ما يريدون استخدامهما من أجله. على سبيل المثال ، قد تعمل تلك المصنوعة من هيدروجيل في الماء. صنعت أشعة الشمس المصنوعة من مادة النانو السوداء أقل تكلفة من تلك المصنوعة من الذهب.
يشير هذا إلى أنه "يمكن للعلماء استخدام [SunBOTs] في بيئات مختلفة لتطبيقات مختلفة ،" كما يقول Seung-Wuk Lee. إنه مهندس بيولوجي في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، ولم يعمل في SunBOTs.
نظارات شمسية صغيرة لمستقبل أكثر إشراقًا
يتصور أنه من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، يمكن وضع SunBOTs في صفوف لتغطية سطح كامل ، مثل لوحة أو نافذة شمسية. وتقول إن مثل هذا الطلاء الفروي سيكون "مثل غابة عباد الشمس الصغيرة".
في الواقع ، قد يحل طلاء الأسطح باستخدام SunBOTs واحدة من أكبر المشاكل في الطاقة الشمسية. بينما تتحرك الشمس عبر السماء ، لا تفعل الأشياء الثابتة - مثل الحائط أو السطح -. لهذا السبب تلتقط أفضل الألواح الشمسية اليوم حوالي 22 بالمائة فقط من ضوء الشمس. يمكن تدوير بعض الألواح الشمسية نهارًا لتتبع الشمس. لكن نقلها يتطلب الكثير من الطاقة. في المقابل ، يمكن أن تتحرك SunBOTs لمواجهة الضوء بمفردها - ولا تحتاج إلى طاقة إضافية للقيام بذلك.
من خلال تتبع الشمس ، تستطيع SunBOTs امتصاص كل ضوء الشمس المتاح تقريبًا ، كما يقول لي ، في بيركلي. "هذا هو الشيء الرئيسي الذي حققوه."
يعتقد Ximin أنه قد تتم ترقية الألواح الشمسية غير المتحركة يومًا ما عن طريق طلاء أسطحها بغابة SunBOT. من خلال وضع الشعيرات الصغيرة فوق الألواح ، "لا يتعين علينا تحريك الألواح الشمسية" ، على حد قولها. "هذه الشعيرات الصغيرة ستقوم بهذه المهمة."
هذه واحدة من سلسلة تقدم أخبارًا عن التكنولوجيا والابتكار ، والتي أصبحت ممكنة بفضل الدعم السخي من مؤسسة Lemelson.
