മനുഷ്യോർജ്ജം പ്രയോജനപ്പെടുത്തൽ: ശരീരതാപം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങളുടെ ഒരു ആഗോള അവലോകനം

സുസ്ഥിരവും പുനരുപയോഗിക്കാവുന്നതുമായ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളിൽ ലോകം കൂടുതൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്ന ഇക്കാലത്ത്, നൂതന സാങ്കേതികവിദ്യകൾ പാരമ്പര്യേതര വിഭവങ്ങൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്താൻ സഹായിക്കുന്നു. ഇത്തരത്തിൽ ശ്രദ്ധ നേടുന്ന ഒരു മേഖലയാണ് ശരീര താപ ഊർജ്ജം, അഥവാ ഹ്യൂമൻ എനർജി ഹാർവെസ്റ്റിംഗ്. ഈ രംഗം മനുഷ്യശരീരം നിരന്തരം പുറത്തുവിടുന്ന താപോർജ്ജത്തെ ഉപയോഗയോഗ്യമായ വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള സാധ്യതകളാണ് പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നത്. ഈ ലേഖനം ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള സമഗ്രമായ ഒരു അവലോകനം നൽകുന്നു, അതിൻ്റെ അടിസ്ഥാന സാങ്കേതികവിദ്യ, നിലവിലെ പ്രയോഗങ്ങൾ, വെല്ലുവിളികൾ, ആഗോള കാഴ്ചപ്പാടിലുള്ള ഭാവി സാധ്യതകൾ എന്നിവ പരിശോധിക്കുന്നു.

എന്താണ് ശരീര താപ ഊർജ്ജം?

ശരീര താപ ഊർജ്ജം എന്നത് മനുഷ്യശരീരം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന താപോർജ്ജം പിടിച്ചെടുക്കുകയും അതിനെ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്ന പ്രക്രിയയാണ്. ശരാശരി മനുഷ്യശരീരം വിശ്രമാവസ്ഥയിൽ ഏകദേശം 100 വാട്ട് താപം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് പ്രധാനമായും ഉപാപചയ പ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെയാണ്. ഈ താപം ചുറ്റുമുള്ള പരിസ്ഥിതിയിലേക്ക് നിരന്തരം വ്യാപിക്കുന്നു, ഇത് എളുപ്പത്തിൽ ലഭ്യമായ, എന്നാൽ താഴ്ന്ന നിലവാരത്തിലുള്ള ഒരു ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സാണ്.

ശരീര താപ ഊർജ്ജ ഉത്പാദനത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഏറ്റവും സാധാരണമായ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് തെർമോഇലക്ട്രിക് ജനറേറ്റർ (TEG). സീബെക്ക് പ്രഭാവത്തെ (Seebeck effect) അടിസ്ഥാനമാക്കി താപത്തെ നേരിട്ട് വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റുന്ന സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ഉപകരണങ്ങളാണ് ടിഇജികൾ. ഈ പ്രഭാവം അനുസരിച്ച്, വ്യത്യസ്തങ്ങളായ രണ്ട് ഇലക്ട്രിക്കൽ ചാലകങ്ങളോ അർദ്ധചാലകങ്ങളോ തമ്മിൽ താപനിലയിൽ വ്യത്യാസമുണ്ടെങ്കിൽ, അവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു വോൾട്ടേജ് വ്യത്യാസം ഉണ്ടാകുന്നു. ഒരു ടിഇജി മനുഷ്യശരീരവുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ വെക്കുകയും അതിൻ്റെ മറുവശം തണുത്ത അന്തരീക്ഷത്തിലേക്ക് തുറന്നുവെക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, ഒരു താപനില വ്യത്യാസം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുകയും വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

തെർമോഇലക്ട്രിക് ജനറേറ്ററുകൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു

ടിഇജികളിൽ ഇലക്ട്രിക്കലായി സീരീസിലും തെർമലായി പാരലലായും ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള നിരവധി ചെറിയ തെർമോകപ്പിളുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഓരോ തെർമോകപ്പിളും രണ്ട് വ്യത്യസ്ത അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥങ്ങൾ ചേർന്നതാണ്, സാധാരണയായി ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് (Bi₂Te₃) അലോയ്കൾ. ഈ പദാർത്ഥങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് അവയുടെ ഉയർന്ന സീബെക്ക് ഗുണാങ്കം (Seebeck coefficient), വൈദ്യുതചാലകത, കുറഞ്ഞ താപചാലകത എന്നിവ കാരണമാണ്, ഇത് ഉപകരണത്തിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ടിഇജിയുടെ ഒരു വശം ചൂടാകുമ്പോൾ (ഉദാഹരണത്തിന്, മനുഷ്യശരീരവുമായുള്ള സമ്പർക്കം വഴി), മറുവശം തണുക്കുമ്പോൾ (ഉദാഹരണത്തിന്, അന്തരീക്ഷ വായുവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ), ഇലക്ട്രോണുകളും ഹോളുകളും (അർദ്ധചാലകങ്ങളിലെ ചാർജ് വാഹകർ) ചൂടുള്ള ഭാഗത്തുനിന്ന് തണുത്ത ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ചാർജ് വാഹകരുടെ ഈ ചലനം ഓരോ തെർമോകപ്പിളിലും ഒരു വോൾട്ടേജ് വ്യത്യാസം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഒന്നിലധികം തെർമോകപ്പിളുകളുടെ സീരീസ് കണക്ഷൻ ഈ വോൾട്ടേജിനെ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഉപയോഗയോഗ്യമായ ഒരു വൈദ്യുത ഉൽപാദനത്തിന് കാരണമാകുന്നു.

ഒരു ടിഇജിയുടെ കാര്യക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഉപകരണത്തിന് കുറുകെയുള്ള താപനില വ്യത്യാസവും അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പദാർത്ഥപരമായ ഗുണങ്ങളുമാണ്. ഫിഗർ ഓഫ് മെറിറ്റ് (ZT) എന്നത് ഒരു തെർമോഇലക്ട്രിക് പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ പ്രകടനം വ്യക്തമാക്കുന്ന ഒരു ഡയമെൻഷൻ ഇല്ലാത്ത പാരാമീറ്ററാണ്. ഉയർന്ന ZT മൂല്യം മികച്ച തെർമോഇലക്ട്രിക് പ്രകടനത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയൽ ഗവേഷണത്തിൽ കാര്യമായ പുരോഗതി ഉണ്ടായിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ടിഇജികളുടെ കാര്യക്ഷമത താരതമ്യേന കുറവാണ്, സാധാരണയായി 5-10% വരെയാണ്.

ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങളുടെ പ്രയോഗങ്ങൾ

ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾക്ക് ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സ്, മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ, റിമോട്ട് സെൻസിംഗ് തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ നിരവധി സാധ്യതകളുണ്ട്. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ചില പ്രധാന മേഖലകൾ താഴെ നൽകുന്നു:

ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സ്

ശരീര താപ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഏറ്റവും പ്രതീക്ഷ നൽകുന്ന പ്രയോഗങ്ങളിലൊന്ന് ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം നൽകുക എന്നതാണ്. സ്മാർട്ട് വാച്ചുകൾ, ഫിറ്റ്നസ് ട്രാക്കറുകൾ, സെൻസറുകൾ തുടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് തുടർച്ചയായ ഊർജ്ജം ആവശ്യമാണ്, പലപ്പോഴും അവയ്ക്ക് കൃത്യമായി റീചാർജ് ചെയ്യുകയോ മാറ്റിവയ്ക്കുകയോ ചെയ്യേണ്ട ബാറ്ററികളെ ആശ്രയിക്കേണ്ടി വരുന്നു. ശരീര താപം ഉപയോഗിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്ന ടിഇജികൾക്ക് ഈ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് തുടർച്ചയായതും സുസ്ഥിരവുമായ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ് നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് ബാറ്ററികളുടെയോ അടിക്കടിയുള്ള ചാർജിംഗിൻ്റെയോ ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുന്നു.

ഉദാഹരണങ്ങൾ:

• സ്മാർട്ട് വാച്ചുകൾ: ഗവേഷകർ ടിഇജി സംയോജിപ്പിച്ച സ്മാർട്ട് വാച്ചുകൾ വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു, ഇത് ശരീര താപത്തിൽ നിന്ന് ഊർജ്ജം ശേഖരിച്ച് ഉപകരണത്തിന് ഊർജ്ജം നൽകാനും ബാറ്ററി ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കാനും അല്ലെങ്കിൽ ബാറ്ററി പൂർണ്ണമായും ഒഴിവാക്കാനും സഹായിക്കുന്നു.
• ഫിറ്റ്നസ് ട്രാക്കറുകൾ: ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഫിറ്റ്നസ് ട്രാക്കറുകൾക്ക് ഹൃദയമിടിപ്പ്, ശരീര താപനില, പ്രവർത്തന നിലകൾ തുടങ്ങിയ സുപ്രധാന അടയാളങ്ങൾ തുടർച്ചയായി നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും, ഇതിന് അടിക്കടിയുള്ള ചാർജിംഗ് ആവശ്യമില്ല.
• സ്മാർട്ട് വസ്ത്രങ്ങൾ: സെൻസറുകൾക്കും മറ്റ് ഇലക്ട്രോണിക് ഘടകങ്ങൾക്കും ഊർജ്ജം നൽകാൻ ടിഇജികളെ വസ്ത്രങ്ങളിൽ സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് തുടർച്ചയായ ആരോഗ്യ നിരീക്ഷണവും വ്യക്തിഗത ഫീഡ്‌ബ্যাক‍ഉം സാധ്യമാക്കുന്നു. ക്യു-സിംഫണി പോലുള്ള കമ്പനികൾ ഈ സംയോജനങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു.

മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ

ശരീര താപ ഊർജ്ജം പേസ്മേക്കറുകൾ, ഗ്ലൂക്കോസ് മോണിറ്ററുകൾ തുടങ്ങിയ ശരീരത്തിൽ ഘടിപ്പിക്കാവുന്ന മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം നൽകാനും ഉപയോഗിക്കാം. ശരീരത്തിൽ ഘടിപ്പിച്ച ഉപകരണങ്ങളിലെ ബാറ്ററികൾ മാറ്റുന്നതിന് ശസ്ത്രക്രിയ ആവശ്യമാണ്, ഇത് രോഗിക്ക് അപകടസാധ്യതകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ടിഇജികൾക്ക് ഈ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ദീർഘകാലം നിലനിൽക്കുന്നതും വിശ്വസനീയവുമായ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ് നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് ബാറ്ററി മാറ്റിവയ്ക്കേണ്ടതിൻ്റെ ആവശ്യകത കുറയ്ക്കുകയും രോഗിയുടെ ചികിത്സാ ഫലങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഉദാഹരണങ്ങൾ:

• പേസ്മേക്കറുകൾ: ഹൃദയതാളം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് ശരീര താപത്തിൽ നിന്ന് ഊർജ്ജം ശേഖരിക്കുന്ന സ്വയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന പേസ്മേക്കറുകൾ വികസിപ്പിക്കാൻ ഗവേഷകർ ശ്രമിക്കുന്നു.
• ഗ്ലൂക്കോസ് മോണിറ്ററുകൾ: ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഗ്ലൂക്കോസ് മോണിറ്ററുകൾക്ക് ബാഹ്യ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളില്ലാതെ രക്തത്തിലെ പഞ്ചസാരയുടെ അളവ് തുടർച്ചയായി നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും.
• മരുന്ന് വിതരണ സംവിധാനങ്ങൾ: ടിഇജികൾക്ക് മൈക്രോ-പമ്പുകൾക്കും ശരീരത്തിൽ ഘടിപ്പിക്കാവുന്ന മരുന്ന് വിതരണ സംവിധാനങ്ങളിലെ മറ്റ് ഘടകങ്ങൾക്കും ഊർജ്ജം നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് കൃത്യവും നിയന്ത്രിതവുമായ മരുന്ന് വിതരണം സാധ്യമാക്കുന്നു.

റിമോട്ട് സെൻസിംഗ്

പാരിസ്ഥിതിക നിരീക്ഷണം, വ്യാവസായിക നിരീക്ഷണം, സുരക്ഷാ സംവിധാനങ്ങൾ തുടങ്ങിയ വിവിധ പ്രയോഗങ്ങളിൽ റിമോട്ട് സെൻസറുകൾക്ക് ഊർജ്ജം നൽകാൻ ശരീര താപ ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കാം. ഈ സെൻസറുകൾ പലപ്പോഴും വിദൂരമോ എത്തിപ്പെടാൻ പ്രയാസമുള്ളതോ ആയ സ്ഥലങ്ങളിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്, അവിടെ ബാറ്ററികൾ മാറ്റുന്നത് പ്രായോഗികമല്ല. ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ടിഇജികൾക്ക് ഈ സെൻസറുകൾക്ക് വിശ്വസനീയവും സുസ്ഥിരവുമായ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ് നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് തുടർച്ചയായ ഡാറ്റാ ശേഖരണവും നിരീക്ഷണവും സാധ്യമാക്കുന്നു.

ഉദാഹരണങ്ങൾ:

• പാരിസ്ഥിതിക നിരീക്ഷണം: താപനില, ഈർപ്പം, മറ്റ് പാരിസ്ഥിതിക ഘടകങ്ങൾ എന്നിവ നിരീക്ഷിക്കാൻ വിദൂര പ്രദേശങ്ങളിൽ ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സെൻസറുകൾ സ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയും.
• വ്യാവസായിക നിരീക്ഷണം: വ്യാവസായിക സാഹചര്യങ്ങളിൽ യന്ത്രങ്ങളുടെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും അവസ്ഥ നിരീക്ഷിക്കുന്ന സെൻസറുകൾക്ക് ടിഇജികൾക്ക് ഊർജ്ജം നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് പ്രവചനാത്മക പരിപാലനം സാധ്യമാക്കുകയും ഉപകരണങ്ങളുടെ തകരാറുകൾ തടയുകയും ചെയ്യുന്നു.
• സുരക്ഷാ സംവിധാനങ്ങൾ: നുഴഞ്ഞുകയറ്റക്കാരെ കണ്ടെത്താനും നിയന്ത്രിത മേഖലകളിലെ പ്രവർത്തനം നിരീക്ഷിക്കാനും സുരക്ഷാ സംവിധാനങ്ങളിൽ ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിക്കാം.

മറ്റ് പ്രയോഗങ്ങൾ

മുകളിൽ പറഞ്ഞ പ്രയോഗങ്ങൾക്കപ്പുറം, ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾ താഴെപ്പറയുന്ന കാര്യങ്ങൾക്കായും പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു:

• ഇൻ്റർനെറ്റ് ഓഫ് തിംഗ്സ് (IoT) ഉപകരണങ്ങൾ: വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിലും പ്രയോഗങ്ങളിലും വ്യാപകമായിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ചെറിയ, കുറഞ്ഞ പവർ ഉള്ള IoT ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം നൽകുന്നു.
• അടിയന്തര ഊർജ്ജം: പ്രകൃതി ദുരന്തങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ വൈദ്യുതി മുടക്കം പോലുള്ള അടിയന്തര സാഹചര്യങ്ങളിൽ ബാക്കപ്പ് പവർ നൽകുന്നു.
• സൈനിക പ്രയോഗങ്ങൾ: ആശയവിനിമയം, നാവിഗേഷൻ, സാഹചര്യ അവബോധം എന്നിവയ്ക്കായി സൈനികർ ധരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സ്, സെൻസറുകൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഊർജ്ജം നൽകുന്നു.

വെല്ലുവിളികളും പരിമിതികളും

ശരീര താപ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ സാധ്യതകൾ ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വ്യാപകമായി സ്വീകരിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് നിരവധി വെല്ലുവിളികളും പരിമിതികളും പരിഹരിക്കേണ്ടതുണ്ട്:

കുറഞ്ഞ കാര്യക്ഷമത

ടിഇജികളുടെ കാര്യക്ഷമത താരതമ്യേന കുറവാണ്, സാധാരണയായി 5-10% വരെ. ഇതിനർത്ഥം താപോർജ്ജത്തിൻ്റെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം മാത്രമേ വൈദ്യുതിയായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നുള്ളൂ. ടിഇജികളുടെ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് ഊർജ്ജ ഉൽപാദനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾ കൂടുതൽ പ്രായോഗികമാക്കുന്നതിനും നിർണായകമാണ്.

താപനിലയിലെ വ്യത്യാസം

ഒരു ടിഇജി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ അളവ് അതിൻ്റെ ചൂടുള്ളതും തണുത്തതുമായ വശങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള താപനില വ്യത്യാസത്തിന് ആനുപാതികമാണ്. ഉയർന്ന അന്തരീക്ഷ താപനിലയുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിലോ ഉപകരണം വസ്ത്രം കൊണ്ട് മൂടുമ്പോഴോ കാര്യമായ താപനില വ്യത്യാസം നിലനിർത്തുന്നത് വെല്ലുവിളിയാണ്. താപനില വ്യത്യാസവും ഊർജ്ജ ഉൽപാദനവും പരമാവധിയാക്കുന്നതിന് ഫലപ്രദമായ താപ ব্যবস্থাপ管理യും ഇൻസുലേഷനും അത്യാവശ്യമാണ്.

മെറ്റീരിയൽ ചെലവുകൾ

ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് അലോയ്കൾ പോലുള്ള ടിഇജികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുക്കൾക്ക് ചെലവേറിയതാകാം. ഈ വസ്തുക്കളുടെ വില കുറയ്ക്കുന്നത് ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾ കൂടുതൽ താങ്ങാനാവുന്നതും പ്രാപ്യവുമാക്കുന്നതിന് പ്രധാനമാണ്. കൂടുതൽ സമൃദ്ധവും ചെലവ് കുറഞ്ഞതുമായ പുതിയ തെർമോഇലക്ട്രിക് വസ്തുക്കൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിൽ ഗവേഷണം കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഉപകരണത്തിൻ്റെ വലുപ്പവും ഭാരവും

ടിഇജികൾക്ക് താരതമ്യേന വലുപ്പവും ഭാരവും കൂടുതലായിരിക്കാം, ഇത് ധരിക്കാവുന്ന പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് ഒരു പരിമിതിയാണ്. ടിഇജികളുടെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതും അവയുടെ ഭാരം കുറയ്ക്കുന്നതും ദൈനംദിന ഉപയോഗത്തിന് കൂടുതൽ സൗകര്യപ്രദവും പ്രായോഗികവുമാക്കുന്നതിന് പ്രധാനമാണ്. ചെറുതും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമായ ടിഇജികൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ പുതിയ മൈക്രോഫാബ്രിക്കേഷൻ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

സമ്പർക്ക പ്രതിരോധം

ടിഇജിക്കും മനുഷ്യശരീരത്തിനും ഇടയിലുള്ള സമ്പർക്ക പ്രതിരോധം താപ കൈമാറ്റത്തിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത കുറയ്ക്കും. ഉപകരണവും ചർമ്മവും തമ്മിൽ നല്ല താപ സമ്പർക്കം ഉറപ്പാക്കുന്നത് ഊർജ്ജ ഉൽപാദനം പരമാവധിയാക്കുന്നതിന് നിർണായകമാണ്. തെർമൽ ഇൻ്റർഫേസ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഉപയോഗത്തിലൂടെയും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഉപകരണ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെയും ഇത് നേടാനാകും.

ഈടും വിശ്വാസ്യതയും

ദൈനംദിന ഉപയോഗത്തിലെ കാഠിന്യങ്ങളെ അതിജീവിക്കാൻ ടിഇജികൾക്ക് ഈടും വിശ്വാസ്യതയും ആവശ്യമാണ്. മെക്കാനിക്കൽ സമ്മർദ്ദം, താപനിലയിലെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ, ഈർപ്പവും വിയർപ്പും എന്നിവയെ പ്രതിരോധിക്കാൻ അവയ്ക്ക് കഴിയണം. ടിഇജിയെ സംരക്ഷിക്കുന്നതിനും അതിൻ്റെ ദീർഘകാല പ്രകടനം ഉറപ്പാക്കുന്നതിനും ശരിയായ എൻക്യാപ്സുലേഷനും പാക്കേജിംഗും അത്യാവശ്യമാണ്.

ആഗോള ഗവേഷണ-വികസന ശ്രമങ്ങൾ

ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങളുടെ വെല്ലുവിളികളും പരിമിതികളും മറികടക്കുന്നതിനും അവയുടെ പൂർണ്ണമായ സാധ്യതകൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിനുമായി ലോകമെമ്പാടും കാര്യമായ ഗവേഷണ-വികസന ശ്രമങ്ങൾ നടക്കുന്നുണ്ട്. ഈ ശ്രമങ്ങൾ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്:

തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു

ഗവേഷകർ ഉയർന്ന ZT മൂല്യങ്ങളുള്ള പുതിയ തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുകയാണ്. ഇതിൽ പുതിയ അലോയ്കൾ, നാനോഘടനകൾ, കോമ്പോസിറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ എന്നിവയുടെ വികസനം ഉൾപ്പെടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, അമേരിക്കയിലെ നോർത്ത് വെസ്റ്റേൺ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ വസ്ത്രങ്ങളിൽ സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഫ്ലെക്സിബിൾ തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയൽ വികസിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. യൂറോപ്പിൽ, യൂറോപ്യൻ തെർമോഇലക്ട്രിക് സൊസൈറ്റി (ETS) ഒന്നിലധികം രാജ്യങ്ങളിലായി ഗവേഷണ ശ്രമങ്ങൾ ഏകോപിപ്പിക്കുന്നു.

ഉപകരണ രൂപകൽപ്പന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നു

ഗവേഷകർ താപ കൈമാറ്റം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും താപ നഷ്ടം കുറയ്ക്കുന്നതിനും ടിഇജികളുടെ രൂപകൽപ്പന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുകയാണ്. ഇതിൽ നൂതന ഹീറ്റ് സിങ്കുകൾ, മൈക്രോഫ്ലൂയിഡിക് കൂളിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ, പുതിയ ഉപകരണ ആർക്കിടെക്ചറുകൾ എന്നിവയുടെ ഉപയോഗം ഉൾപ്പെടുന്നു. ജപ്പാനിലെ ടോക്കിയോ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ ധരിക്കാവുന്ന സെൻസറുകളിൽ സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു മൈക്രോ-ടിഇജി വികസിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, ദക്ഷിണ കൊറിയയിലെ വിവിധ ഗവേഷണ സംഘങ്ങൾ ധരിക്കാവുന്ന പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി ഫ്ലെക്സിബിൾ ടിഇജി ഡിസൈനുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

പുതിയ പ്രയോഗങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നു

ആരോഗ്യം, പാരിസ്ഥിതിക നിരീക്ഷണം, വ്യാവസായിക ഓട്ടോമേഷൻ തുടങ്ങിയ വിവിധ മേഖലകളിൽ ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾക്കായി ഗവേഷകർ പുതിയ പ്രയോഗങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുകയാണ്. ഇതിൽ സ്വയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ, വയർലെസ് സെൻസറുകൾ, ഐഒടി ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ വികസനം ഉൾപ്പെടുന്നു. ഹെൽത്ത്‌കെയറിലെ ധരിക്കാവുന്ന ഉപകരണങ്ങൾക്കായുള്ള ഊർജ്ജ ശേഖരണത്തിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്ന ഹോറൈസൺ 2020 പ്രോഗ്രാമിന് കീഴിൽ യൂറോപ്യൻ കമ്മീഷൻ ധനസഹായം നൽകുന്ന പ്രോജക്റ്റുകൾ ഇതിന് ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നു

കൂടുതൽ സമൃദ്ധവും ചെലവ് കുറഞ്ഞതുമായ വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിച്ചും കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ വികസിപ്പിച്ചും ടിഇജികളുടെ ചെലവ് കുറയ്ക്കാൻ ഗവേഷകർ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഇതിൽ സങ്കീർണ്ണമായ ജ്യാമിതികളും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത പ്രകടനവുമുള്ള ടിഇജികൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് 3D പ്രിന്റിംഗ് പോലുള്ള അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. ചൈനയിൽ, ഇറക്കുമതി ചെയ്യുന്ന വസ്തുക്കളെ ആശ്രയിക്കുന്നത് കുറയ്ക്കുന്നതിന് സർക്കാർ തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയൽ ഗവേഷണത്തിൽ വൻതോതിൽ നിക്ഷേപം നടത്തുന്നു.

ഭാവിയിലെ സാധ്യതകൾ

ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങളുടെ ഭാവി ശോഭനമാണ്, വളർച്ചയ്ക്കും നൂതനത്വത്തിനും കാര്യമായ സാധ്യതകളുണ്ട്. തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകളും ഉപകരണ സാങ്കേതികവിദ്യകളും മെച്ചപ്പെടുന്നത് തുടരുന്നതിനനുസരിച്ച്, ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സ്, മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ, മറ്റ് പ്രയോഗങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഊർജ്ജം നൽകുന്നതിൽ ശരീര താപ ഊർജ്ജം കൂടുതൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്ന പങ്ക് വഹിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉപകരണങ്ങളുടെ വലുപ്പവും ചെലവും കുറയുന്നതും സ്വയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യകതയും ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങളുടെ സ്വീകാര്യതയെ കൂടുതൽ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കും.

ശ്രദ്ധിക്കേണ്ട പ്രധാന പ്രവണതകൾ:

• നൂതന തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകൾ: മെച്ചപ്പെട്ട ZT മൂല്യങ്ങളും കുറഞ്ഞ ചെലവുമുള്ള ഉയർന്ന പ്രകടനശേഷിയുള്ള തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകളുടെ തുടർച്ചയായ വികസനം.
• ഫ്ലെക്സിബിൾ, സ്ട്രെച്ചബിൾ ടിഇജികൾ: മനുഷ്യശരീരത്തിൻ്റെ ആകൃതിക്ക് അനുസൃതമായി പ്രവർത്തിക്കാനും മെക്കാനിക്കൽ സമ്മർദ്ദം താങ്ങാനും കഴിയുന്ന ടിഇജികളുടെ വികസനം.
• ധരിക്കാവുന്ന ഉപകരണങ്ങളുമായുള്ള സംയോജനം: ടിഇജികളുടെ വസ്ത്രങ്ങൾ, ആക്‌സസറികൾ, മറ്റ് ധരിക്കാവുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയിലേക്കുള്ള തടസ്സമില്ലാത്ത സംയോജനം.
• സ്വയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ: ശരീര താപത്താൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന, ശരീരത്തിൽ ഘടിപ്പിക്കാവുന്നതും ധരിക്കാവുന്നതുമായ മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ വികസനം, ഇത് ബാറ്ററി മാറ്റിവയ്ക്കേണ്ടതിൻ്റെ ആവശ്യകത കുറയ്ക്കുന്നു.
• ഐഒടി പ്രയോഗങ്ങൾ: ഐഒടി പ്രയോഗങ്ങളിൽ ശരീര താപത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സെൻസറുകളുടെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും വ്യാപകമായ വിന്യാസം.

ഉപസംഹാരം

ശരീര താപ ഊർജ്ജ സംവിധാനങ്ങൾ മനുഷ്യശരീരം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന താപോർജ്ജം പ്രയോജനപ്പെടുത്തി അതിനെ ഉപയോഗയോഗ്യമായ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റുന്ന ഒരു വാഗ്ദാനപൂർണ്ണമായ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. കാര്യമായ വെല്ലുവിളികൾ നിലനിൽക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഗവേഷണ-വികസന ശ്രമങ്ങൾ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വിവിധ പ്രയോഗങ്ങളിലെ വ്യാപകമായ സ്വീകാര്യതയ്ക്ക് വഴിയൊരുക്കുന്നു. തെർമോഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകളും ഉപകരണ സാങ്കേതികവിദ്യകളും മെച്ചപ്പെടുന്നത് തുടരുമ്പോൾ, സുസ്ഥിര ഊർജ്ജത്തിൻ്റെയും ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സിൻ്റെയും ഭാവിയിൽ ശരീര താപ ഊർജ്ജത്തിന് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കാനുള്ള കഴിവുണ്ട്, ഇത് നമ്മുടെ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് എങ്ങനെ ഊർജ്ജം നൽകുന്നു, നമ്മുടെ ആരോഗ്യം എങ്ങനെ നിരീക്ഷിക്കുന്നു എന്നതിൽ ആഗോള പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കും.