Insinyur di Korea Selatan berhasil menemukan perangkat dengan arsitektur tiga dimensi baru yang membuat produksi listrik dari pergerakan tubuh 280 kali lebih efisien.
Menurut ISNA, Para peneliti di Institut Sains dan Teknologi Daegu Jeongbuk (DGIST) di Korea Selatan telah mengembangkan perangkat pemanen energi yang sangat efisien yang mengubah gerakan tubuh menjadi energi listrik.
Perlu dicatat bahwa perangkat baru ini memiliki efisiensi konversi energi 280 kali lebih besar dibandingkan pemanen energi piezoelektrik konvensional.
Perangkat ini menggunakan efek piezoelektrik, sebuah fenomena di mana material tertentu menghasilkan muatan listrik sebagai respons terhadap tekanan mekanis. Artinya, aktivitas seperti berjalan, membungkuk, atau bahkan gerakan tubuh halus dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.
Bahan piezoelektrik memiliki asimetri bawaan dalam distribusi muatannya, dan ketika mengalami tekanan mekanis seperti tekukan atau regangan, asimetri ini semakin diperkuat, menyebabkan pemisahan muatan dan timbulnya potensial listrik di seluruh material.
Konversi energi mekanik menjadi energi listrik menjadi dasar pemanenan energi piezoelektrik.
Keterbatasan yang ada
Meskipun konsep pemanenan energi piezoelektrik bukanlah hal baru, penerapannya pada perangkat yang dapat dikenakan terhambat karena keterbatasan sifat bahan dan desain perangkat.
Profesor Jang Kyung-In (Jang Kyung-In), pemimpin penelitian ini, mengatakan: Pada tahap awal penelitian, perangkat piezoelektrik anorganik yang memungkinkan pengumpulan energi secara efisien dari getaran frekuensi tinggi telah dipelajari secara luas. Namun, desain konvensional ini terbatas bila diterapkan pada format yang fleksibel dan dapat diregangkan.
Banyak bahan dengan respons piezoelektrik yang kuat, seperti timbal zirkonat titanat (PZT), pada dasarnya keras dan rapuh. Hal ini membuatnya tidak cocok untuk diintegrasikan ke dalam perangkat wearable yang fleksibel dan nyaman.
Mengatasi tantangan dalam desain material
Tim peneliti Korea mengatasi hambatan ini melalui rekayasa material yang inovatif.
Mereka mengembangkan struktur 3D unik yang memungkinkan PZT digunakan dengan tetap mempertahankan tingkat fleksibilitas dan elastisitas yang tinggi.
Studi ini menyatakan: Struktur 3D yang dapat ditekuk telah banyak digunakan untuk memberikan tegangan pada perangkat. Hal ini memastikan perangkat dapat menyesuaikan diri dengan tubuh manusia agar nyaman dan tidak mengganggu pemakaian.
Selain itu, para peneliti memperkenalkan desain elektroda baru. Desain ini, yang disebut “elektroda kopling khusus kelengkungan”, memastikan penyerapan energi yang efisien dengan mencegah pembatalan muatan listrik yang dihasilkan selama pergerakan. Ini memberikan kontribusi signifikan terhadap kinerja perangkat secara keseluruhan.
Desain ini melewati pembatalan keluaran listrik yang umum diamati pada sistem konvensional dan memastikan bahwa setiap bagian dari nanogenerator secara efektif berkontribusi terhadap produksi energi secara keseluruhan, tambah para peneliti.
Konsep dan arah masa depan
Pemanen energi yang sangat efisien ini membuka jalan bagi perangkat elektronik otonom yang dapat dipakai.
Perangkat semacam itu berpotensi menghilangkan kebutuhan akan pengisian atau penggantian baterai secara berkala dalam berbagai macam aplikasi, termasuk jam tangan pintar, pelacak kebugaran, dan sensor medis.
Penelitian ini merupakan langkah maju yang besar dalam bidang teknologi wearable. Pendekatan inovatif tim terhadap desain material dan konfigurasi elektroda telah menghasilkan perangkat yang berpotensi merevolusi cara kita memberi daya pada perangkat yang dapat dikenakan.
Penelitian dan pengembangan lebih lanjut akan fokus pada optimalisasi teknologi ini untuk aplikasi komersial dan mengeksplorasi potensi penuhnya di berbagai perangkat elektronik yang dapat dikenakan.
