هنر کاغذی ژاپن، الهام بخش ردیابی سلول خورشیدی

هنر کاغذی ژاپن معمولاً در گذشته برای ساخت درناهایی که خیلی خوش سلیقه تا می‌شوند و برای درست کردن دانه برف‌های کاغذی استفاده می‌شد، اما این روزها محققان از این هنر استفاده می‌کنند تا در این دنیایی که انرژی، حرف اول را می‌زند نوآوری‌هایی ایجاد کنند.

به گزارش ویرلن ؛دانشمندان دانشگاه میشیگان در شهر آن آربر، هنر باستانی بریدن کاغذ را که به عنوان kirigami شناخته می‌شود برای خلق یک سلول خورشیدی نازک و منحصر به فرد به کار برده‌اند که می‌تواند از یک روش برای دنبال کردن خورشید که ردیابی چشمی نام دارد استفاده کند. این تکان‌ها به سلول این امکان را می‌دهند که در سراسر روز انرژی بیشتری را از خورشید جذب کند.

این ایده، اولین بار به ذهن مت شلیان که یکی از خالقان این مطالعه جدید و یکی از استادان مدرسه عالی هنر و طراحی دانشگاه میشیگان است رسید. شلیان در این سال‌ها روش‌هایی را مورد آزمایش قرار داده بوده است تا در طراحی فناوری‌های جدید، اوریگامی و کیری‌گامی را با هم تلفیق کند.

مکس اشتاین، مؤلف اول این مطالعه که استاد گروه علم مواد و مهندسی دانشگاه میشیگان است می‌گوید: «سال‌هاست که ردیابی کردن خورشید به یک مسئله تبدیل شده است. روش‌های بسیار زیادی برای این کار وجود دارد که شامل موتور، دنده و به طور کلی دستگاه‌های زیادی می‌شود. اما هدف از این طراحی، سبکی و ظرافت بیشتر در کنار خوش ساختی است.»

این سلول خورشیدی الهام گرفته شده از هنر کیری‌گامی از یک حرکت پیچشی استفاده می‌کند تا زاویه سطح خود را تغییر دهد. برای انجام این کار، ساختمان آن با استفاده از یک مکانیسم کوچک و موتوریزه شده به بیرون گسترده می‌شود. برش‌هایی که با ملاحظات استراتژیک در این وسیله ایجاد شده‌اند این امکان را به یک شی می‌دهند که به طور معمولی چندان برای کشیدن و خم کردن منعطف نیستند.

شلیان در این مورد به لایو ساینس گفت: «اگر شروع به کشیدن اشیا کنید می‌توانید فرم آن‌ها را به این شیوه‌ی خاص تغییر دهید.»

پایه‌ی این سلول خورشیدی از یک ساختار نسبتاً ساده‌ی کیری‌گامی برخوردار است که از خطوطی تشکیل شده است که به کپتون بریده شده اند؛ یک ورقه نازک پلی میدی که انعطاف پذیر است و می‌تواند در درجه حرارت‌های بسیار مختلف (از حداقل ۴۲۵ درجه فارنهایت تا ۷۵۲ درجه، یا ۲۶۹ درجه سلسیوس تا ۴۰۰ درجه سلسیوس) پایدار باقی بماند. ساختار این طراحی مجموعه‌ای از برش‌های موازی کوتاه را در این ورقه پلی میدی قرار می‌دهد که تا حدی در یک راستا نیستند، برای اینکه بالای یک برش، چند اینچ در پایین بخش بالایی دیگری یا چندین اینچ بالای ایجاد کند.

کیوسانگ لی، یکی از دانشجویان گروه مهندسی برق و علوم کامیپوتری و نیز آرون لامورکس، یکی از دانشجویان گروه علم مواد و مهندسی به طور مشترک بر روی یک شیوه برای ساختن مواد اصلی این سلول خورشیدی همکاری کردند. روش آنها بخش بالایی سطح فلزی این جسم نیمه رسانا را به سطح فلزی ورقه‌ی کپتون جوش سرد می‌دهد (یعنی فیوز کردن بدون حرارت) که به عنوان یک پشتی برای سلول‌های فوتوولتائیک عمل می‌کند. هم ورقه کپتون و هم سلول فوتوولتائیک به همین الگوی ساده‌ی کیری‌گامی بریده شدند زیرا هر دوی آنها وقتی با اتصال‌های اتمی این فلز به هم چسبیده می‌شوند باید ساختار پایه‌ای مشابهی داشته باشند.

محققان می‌گویند این نوع طراحی صدای تق تق کمتری دارد و در مقایسه با پنل‌های خورشیدی سنتی که باید برای حرکت دادن پنل‌های سنگین‌تر با خورشید به موتورهای بزرگ متصل شوند، روش مقرون به صرفه‌تری برای انجام ردیابی چشمی است. این سلول خورشیدی الهام گرفته شده از هنر کیری‌گامی همچنین به اندازه‌ی ۲۰ تا ۴۰ درصد، تولید انرژی را افزایش می‌دهد.

شلیان در این مورد گفت: «ایده‌ی ‌ما خرج کردن پول کمتر و دریافت بیشترین انرژی که شما می‌توانستید نسبت به قبل بگیرید است، یا به عبارتی صرف همان میزان پول به ازای دریافت انرژی بیشتر.»

محققان امیدوار هستند که بتوانند در آینده نزدیک، این سلول خورشیدی به تازگی طراحی شده خود را به بازار عرضه کنند. اما به گفته دانشمندان این نوآوری الهام گرفته شده از هنر، پتانسیل استفاده برای برای کاربردهای بسیار گسترده‌تر را هم دارد. شلیان افزود که او و همکارانش به دنبال کاربردهایی برای این گونه از طراحی‌ها در دستگاه‌های فیلترینگ و الکترومگنتی مانند تکنولوژی رادیویی و در ابزارهای صوتی نظیر ابزارهای کوک کردن هستند.

جزئیات یافته‌های این مطالعه را می‌توانید در شماره ۸ سپتامبر مجله ارتباطات طبیعت (Nature Communications ) بخوانید.

با مجله اینترنتی ویرلن همراه باشد

رپورتاژ آگهی

نظر شما در مورد این مطلب چیست ؟