پژوهشگران به سرپرستی سئوخئون چوی، استاد مهندسی برق و رایانه دانشگاه بینگهمتون، با همکاری گوانگیا یوان، دانشجوی دکتری و یانگ گائو، پژوهشگر، کاغذدیواری تولید کردند که از دستگاه‌های کوچکی موسوم به «مولدهای برق رطوبتی» تشکیل شده است. این مولدها مولکول‌های آب موجود در هوای اطراف را جذب می‌کنند و باعث حرکت ذرات باردار درون ماده می‌شوند.

با نامتوازن شدن توزیع این ذرات، اختلاف ولتاژ میان بخش‌های مختلف دستگاه ایجاد و در نتیجه، انرژی الکتریکی تولید می‌شود. میزان برق تولید شده اندک بوده و این فناوری برای وسایلی با نیاز انرژی پایین و نه لوازمی مانند یخچال یا ماشین لباسشویی طراحی شده است. از کاربردهای احتمالی آن می‌توان به حسگرهای محیطی، دستگاه‌های ارتباطی بی‌سیم کوچک و سامانه‌های کنترلی ساختمان‌های هوشمند اشاره کرد.

این دستگاه‌ها بخشی از شبکه رو به گسترش اشیای متصل به یکدیگر هستند که معمولا با عنوان «اینترنت اشیا» شناخته می‌شوند. تامین انرژی مورد نیاز این وسایل از طریق منبع کوچک می‌تواند وابستگی آنها به باتری یا سیم‌کشی خارجی را کاهش دهد.

چوی معتقد است شرایط داخل ساختمان‌ها برای استفاده از این فناوری مزایایی دارد. رطوبت محیط بیرون می‌تواند منبع انرژی باشد اما تغییرات آب‌وهوایی و تابش شدید نور خورشید، شرایط را غیرقابل پیش‌بینی می‌کند. در داخل ساختمان‌ها، میزان رطوبت معمولا پایدارتر و حدود ۳۰ تا ۶۰ درصد است. فعالیت‌های روزمره مانند تنفس، آشپزی و استحمام نیز باعث افزایش رطوبت هوا می‌شوند.

یکی از چالش‌های این پژوهش، ساخت مولدی بود که بتواند در سطح بزرگی از یک دیوار کار کند و همچنین ظاهر مناسبی برای استفاده در خانه داشته باشد.

در بسیاری از طرح‌های موجود، رطوبت در یک بخش جذب و در بخش دیگری آزاد می‌شود. این اختلاف به تداوم حرکت ذرات باردار و تولید برق کمک می‌کند اما گسترش این ساختارها در قالب آرایه‌های بزرگ می‌تواند باعث هدررفت فضا و دشواری در کنترل جریان رطوبت شود.

پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون برای حل این مشکل، طرحی قابل چاپ روی کاغذ ایجاد کردند. گلیسرول قرار گرفته در اطراف لبه‌ها، رطوبت را جذب می‌کند و ساختار برجسته در مرکز که با استفاده از موم شکل داده شده است، به کنترل تبخیر کمک خواهد کرد.  این بخش‌ها در کنار یکدیگر، رطوبت را درون دستگاه هدایت کرده و اختلاف لازم برای ادامه تولید برق را حفظ می‌کنند.

پژوهشگران همچنین اتصالات الکتریکی را پشت کاغذدیواری قرار دادند تا سیم‌کشی از دید پنهان بماند. آنان روش‌های مختلف اتصال مولدها را آزمایش کردند و دریافتند هر دو روش، میزان مشابهی برق تولید می‌کنند.

آنان برای افزایش میزان برق تولید شده همچنان به توسعه این فناوری نیاز دارند. چوی در حال حاضر، استفاده از آن را برای وسایل کم‌مصرفی مانند حسگرهای محیطی و صفحه‌کلیدهای بی‌سیم مناسب می‌داند.

این فناوری همچنین می‌تواند در مدیریت رطوبت داخل ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گیرد. چوی معتقد است جذب رطوبت همزمان با تولید برق می‌تواند در آینده در کنار سامانه‌های کاهش رطوبت ساختمان‌ها به کار گرفته شود.

ساینس گزارش کرد، این کاغذدیواری در حال حاضر نمونه‌ای اولیه از تبدیل یک سطح معمولی داخل ساختمان به منبع کوچکی برای تولید انرژی است.

نتایج این پژوهش در نشریه Advanced Energy Materials منتشر شده است.

انتهای پیام