นับเป็นเรื่องที่ทุกคนกำลังตื่นตัวกับการคิดค้นพลังงานทางเลือก ไปพร้อมๆ กับการค้นหาวิธีเพื่อประหยัดพลังงานที่ใช้ในชีวิตประจำวัน รวมไปถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวแคนาดาได้นึกสนุก สร้างพลังงานทางเลือกแบบใกล้ตัวสุดๆ โดยพวกเขาสามารถเก็บพลังงานจากร่างกายของมนุษย์ นับว่าเป็นอีกหนึ่งการอาศัยพลังงานแบบไม่ง้อแบตเตอรี่ สิ่งที่สำคัญคือ มันเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากว่ามันไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ จึงสามารถช่วยลดปริมาณขยะแบตเตอรี่ได้ นั่นเอง

            หากพูดถึง สายรัดคาง” แล้ว ทุกท่านคงนึกภาพผู้ป่วยในโรงพยาบาลที่ต้องดามกระดูกช่วงกรามเป็นแน่ ทว่า สิ่งประดิษฐ์นี้กลับไม่ได้เกิดมาเพื่อรักษาร่างกาย แต่กลับเป็นการรักษา “โลก” ของเราต่างหาก เมื่อสิ่งประดิษฐ์จาก สายรัดคางสามารถเก็บพลังงานจาก การเคลื่อนไหวของกราม เช่น “การกินอาการ การขบเคี้ยว หรือแม้กระทั่งการพูด” ของมนุษย์ ผลงานวิจัยนี้ ได้ถูกตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ “Smart Materials and Structure”


            การเคลื่อนไหวของกราม ได้เป็นทางเลือกอันดับต้นๆ ของการสร้างพลังงานไฟฟ้าจากการเคลื่อนไหวทางร่างกายของมนุษย์ เมื่อนักวิจัยได้วัดค่าพลังงานเฉลี่ยจากการเคี้ยวแบบธรรมดาๆ ได้ถึง 7 มิลลิวัตต์ ต่อการรับประทานอาหาร 1 มื้อและในการที่จะได้พลังงานมานั้น นักวิจัยจาก “Sonomax-ÉTS Industrial Research Chair in In-ear Technologies (CRITIAS)” จาก Montrieal ประเทศแคนาดา ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่มีชื่อว่า “chin strap” หรือ “สายรัดคาง” ที่ทำจากวัสดุพิเศษที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานเชิงกล (พลังงานการเคลื่อนไหว) ให้กลายมาเป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเจ้าวัสดุประเภทนี้มีชื่ออย่างเป็นทางการว่า วัสดุเพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric materials) โดยสายรัดคางนี้ ทำจากพลาสติกผสมด้วยเส้นใยที่มีคุณสมบัติเพียโซอิเล็คทริก (piezoelectric fiber composites, PFC) มันจึงมีคุณสมบัติที่สามรถสร้างพลังงานได้เพียงแค่เราขยับกราม ไม่ว่าจะเป็นการ เคี้ยว หรือการพูด

            ที่นี้มาทำความรู้จักกับ PFC หรือ พลาสติกผสมด้วยเส้นใยที่มีคุณสมบัติเพียโซอิเล็คทริก กันสักหน่อยดีกว่า


            PFC เป็นวัสดุเพียโซอิเล็คทริกชนิดหนึ่ง ที่เกิดจากการผสานขั้วไฟฟ้าและวัสดุตัวกลางพอลิเมอร์ที่ทำตัวเสมือนกาว คุณสมบัติพิเศษของมัน ก็คือ สามารถสร้างประจุไฟฟ้า ได้จากการดึงยืดจากแรงเชิงกล และในการศึกษาครั้งนี้ นักวิจัย ได้ร่วมกันประดิษฐ์ สายรัดคางที่มีความยืดหยุ่นทำจากแผ่น PFC และติดปลายทั้งสองของมันเข้ากับที่ครอบหู (ear muffs) และเพื่อให้แน่ใจว่าได้ประสิทธิภาพสูงสุด สายรัดคางนี้จะต้องแนบแน่นไปกับคางของผู้ใช้ ดังนั้น เมื่อใดก็ตามที่มีการเคลื่อนไหวของกราม เจ้าแผ่น PFC ที่ว่านี้จะต้องถูกดึงยืดไปด้วย เมื่อการทดลองได้เริ่มขึ้น นักวิจัย ได้ให้ผู้ทดลองใส่สายรัดคาง และเคี้ยวหมากฝรั่งเป็นเวลา 60 วินาที พบว่า กำลังสูงสุดที่ได้จากการเคี้ยว มีค่าเท่ากับ 18 ไมโครวัตต์ และเมื่อนำความเหมาะสมในการสวมใส่แบบพอดีๆ จะพบว่ามีค่า เท่ากับ 10 ไมโครวัตต์ 

            ผู้ร่วมงานวิจัย Aidin Delnavaz ได้กล่าวว่า “เราสามารถเก็บพลังงานที่ได้จากการเคี้ยวถึง 7 มิลลิวัตต์ งานนี้ยังต้องพัฒนากันอีกไกล เพื่อให้ได้อุปกรณ์ที่ให้ประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบ ระดับกำลังงานที่ได้นี้ยังน้อยเกินกว่าที่จะรองรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันได้ แต่อย่างไรก็ตาม เรามารถเพิ่มการรับกำลังงานที่ออกมาได้ จากการเพิ่มจำนวน แผ่น PFC ให้สายรัดคาง เช่น การซ้อนแผ่น PFC จำนวน 20 แผ่น ซึ่งจะทำให้มีความหนาโดยรวม 6 มิลลิเมตร เพียงพอให้กำลังงานกับอุปกรณ์ป้องกันเสียงอัจฉริยะ (intelligent hearing protector) ขนาด 200 ไมโครวัตต์ได้”


อุปกรณ์ป้องกันเสียงอัจฉริยะ (intelligent hearing protector) 

            “สิ่งเดียวที่มีราคาแพงสำหรับอุปกรณ์สายรัดคางนี้ คือแผ่น PFC ซึ่งอยู่ที่ 20 ดอลล่าร์สหรัฐ หรือประมาณ 640 บาท เมื่อพิจารณาระยะเวลาการทุน (pay back period) และเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่มีอายุการทำงานค่อนข้างสั้นแล้วนั้น อุปกรณ์ป้องกันเสียงอัจฉริยะติดสายรัดคางกำเนิดพลังงาน จะสามารถคืนทุนได้ภายในสามปีของการใช้งาน”

            “นอกจากนี้อุปกรณ์ดังกล่าว สามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการใช้แบตเตอรี่ และช่วยให้สะดวกต่อการใช้งานได้มากขึ้น”

            “ขณะเดียวกันนี้กลุ่มวิจัยก็ได้กำลังพัฒนาชิ้นส่วนเพียโซอิเล็คทริกในสายรัดคางเพื่อให้เพียงพอต่ออุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ นวมไปถึงการพัฒนาการจัดการพลังงานที่เหมาะสมต่อการชาร์ตพลังงานให้กับแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่ถูกบรรจุลงไปในอุปกรณ์ได้” Aidin Delnavaz กล่าวทิ้งท้าย

นับเป็นการเริ่มต้นที่ดีสำหรับพลังงานทางเลือกสำหรับอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์แบบพกพา ไม่แน่ว่า ท่ามกลางกระแสอนุรักษ์พลังงานในอนาคตอันใกล้ อาจจะมีแฟชั่นสายรัดคางรักษ์โลกเกิดขึ้นมาก็ได้นะคะ



ผู้เขียน: อันดา
ผู้ช่วยวิจัย/นิสิตปริญญาเอก
สาขา Polymer Science
The Petroleum and Petrochemical College
จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ที่มา (26/10/2557):
http://iopscience.iop.org/0964-1726/23/10/105020/article
http://iopscience.iop.org/0964-1726/page/Smart%20material%20chin%20strap%20harvests%20energy%20from%20chewing

รูปภาพ:
http://iopscience.iop.org/0964-1726/23/10/105020/article
http://www.ishn.com/articles/96190-honeywell-safety-products-quietpro-qp100ex-provides-intelligent-communications-hearing-protection-to-oil-gas-industry