این سیم الکتریکی چیست، برق برای مورچه ها؟ دانشمندان با استفاده از قطعات ریز الماس به نام الماس واره ها، باریک ترین سیم برق ممکن را تولید کرده اند که فقط ۳ اتم قطر دارد.

گویا آی تی – این سیم، که همانند یک لگوی مولکولی در مقیاس نانو است، از رشته ای از الماس واره های متصل به اتم های سولفور و مس تشکیل شده است و روش منحصر به فرد اتصال آنها می تواند برای تولید پارچه هایی به کار رود که به سادگی از طریق حرکت الکتریسیته تولید می کنند.
هاوو یان، پژوهشگر دانشگاه استنفورد می گوید، ” چیزی که ما در اینجا نشان داده ایم این است که ما می توانیم سیم های ریز و رسانا را در کوچک ترین ابعاد ممکن بسازیم به طوری که می توانند اساساً خودشان را مونتاژ کنند. این فرآیند یک پیوند ساده تک نقطه ای است. عناصر روی هم انباشته می شوند و سپس بعد از نیم ساعت می توانید نتیجه را مشاهده کنید. این کار تقریباً به گونه ای است که انگار الماس واره ها می دانند به کجا می خواهند بروند. ”

در انیمیشن زیر می توانید منظور آقای یان را متوجه شوید. الماس واره ها که در مایعات نفتی ایجاد می شوند، ساختارهایی قفس مانند هستند که از کربن و هیدروژن ساخته شده اند.
این الماس واره ها از طریق نیروی های واندروالسی به شدت به هم جذب شده اند و به دلیل این جذب شدن هر الماس با الماس مجاور خود در یک زنجیره اتصال برقرار می کند.
وقتی این قفس ها به یک اتم مس یا سولفور متصل شوند اتصال بین الماس واره ها یک ساختار سیم مانند متحرک را شکل می دهد.
پژوهشگر فِی هاو لی می گوید، ” آنها همانند بلوک های لگو فقط با روش های خاصی با هم چفت می شوند که این به واسطه اندازه و شکل آنها تعیین می شود. اتم های مس و سولفور هر بلوک در وسط به هم متصل می شوند و هسته رسانای سیم را تشکیل می دهند و الماس واره های بزرگ تر نیز در قسمت بیرونی به هم متصل می شوند و پوسته عایق را شکل می دهند.”

این اولین باری نیست که پژوهشگران بر روی تولید نانوسیم های با توانایی هدایت جریان الکتریکی کار می کنند، اما طبق اعلام این گروه پژوهشی این زنجیره الماس واره با قطر سه اتم کوچک ترین ساختار ممکن است.
نیکولاس ملوش، یکی از اعضای این گروه به سایت IEEE Spectrum می گوید، “روش های خود مونتاژ مولکولی دیگری نیز امتحان شده اند، اما ایجاد تعادل برهم کنشی دقیق بین نیروهای جذب کننده و نیروهای دفع کننده برای دستیابی به ابعاد مورد نظر در این روش ها بسیار دشوار است. دستیابی به یک “هسته جامد” با سه اتم قطر ایده آل است. این هسته به اندازه کافی کوچک است تا بتواند عملکرد منحصر به فردی را از خود نشان دهد، اما آن می تواند دارای نقص ها یا تنش های اندکی باشد زیرا هنوز یک مسیر برای عبور الکترون ها وجود دارد. ”
پژوهشگران اکنون در حال آزمایش جایگزین کردن مواد جدید به جای مس و سولفور هستند تا امکان تولید انواع دیگری از نانوسیم ها با این روش را بررسی کنند.
آنها تاکنون فلزاتی مانند کادمیوم، روی، آهن و نقره را بررسی کرده اند. آنها همچنین در حال آزمایش اشکال دیگری از قفس های شبکه ای مانند کربوران ها به جای الماس واره ها هستند.
بسته به نوع مولکول های مورد استفاده ما در هسته سیم، ما به سطوح مختلفی از رسانایی دست پیدا خواهیم کرد که می تواند در آینده کاربردهای گسترده ای داشته باشد، برای مثال، تولید سیم های بسیار ریز برای دستگاه های الکتریکی یا مواد فوق رسانا که به واسطه ساختار پیچیده مولکولی خود الکتریسیته را بدون هیچگونه اتلافی انتقال دهند.
کاربرد دیگر آن می تواند تولید دستگاه های انرژی پیزوالکتریکی باشد که از حرکت الکتریسیته تولید می کنند. با به کار بردن مقدار کافی از این نانوسیم ها در لباس ها ما می توانیم به بدون اتصال به شبکه برق عمومی میزان جریان الکتریکی مورد نیاز خود را دریافت کنیم.

ملوش در یک گفتگوی رسانه ای اشاره می کند، ” شما می توانید روزی را تصور کنید که این پارچه ها برای تولید انرژی بافته می شوند. این روش برای ما یک جعبه ابزار همه کاره فرآهم می کند که ما به واسطه آن می توانیم با تست عناصر و شرایط آزمایشگاهی مختلف مواد جدید تولید کنیم، به طوری که دارای خصوصیات الکتریکی دقیق و قوانین فیزیکی جذاب باشند.”

انرژی‌‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی نحوه تولید برق ما را تغییر داده‌اند و تولید آن را نیز ارزان‌تر و پاک‌تر کرده‌اند. در بسیاری از کشورها انرژی‌های تجدیدپذیر در حال جایگزینی با سوخت‌های فسیلی هستند. برای رایج‌تر شدن انرژی‌های تجدیدپذیر باید راه حلی برای بزرگترین مشکل آن، یعنی تولید برق از انرژی خورشیدی در هوای ابری، پیدا کنیم. با وجود این مشکل امکان تولید پیوسته الکتریسیته از خورشید ناممکن می‌شود.

مهم نیست که چه تعداد پنل خورشیدی داشته باشید، چون در زمانی که خورشید در دسترس نباشد (هوای ابری و شب) میزان تولید برق شما به صفر می‌رسد و در صورتیکه شما تعداد بسیار زیادی پنل خورشیدی داشته باشید، اکثر برق تولیدی از آن‌ها در هوای صاف هدر می‌رود که خود مشکل بزرگی محسوب می‌شود. براساس همین دلایل بیشتر کشورها ترجیح می‌دهند که تولید برق آن‌ها به‌وسیله سوخت‌های فسیلی باشد، برای مثال از گاز یا ذغال‌سنگ به‌جای انرژی‌های تجدیدپذیر برای تامین انرژی مورد نیاز خود استفاده می‌کنند.

استفاده از سو‌خت‌های فسیلی راه‌حل خوب و کاملی نیست، زیرا سال‌های بسیار زیادی برای ساخته شدن دوباره سوخت‌های فسیلی زمان لازم است و همچنین دولت‌ها برای جبران میزان تولید نیروگاه‌های کم‌بازده، مجبور به صرف میلیون‌ها دلار هزینه از جیب مالیات‌دهندگان هستند. برنامه‌ای برای حل این مشکل در آلمان در حال توسعه است که وظیفه آن پیش‌بینی میزان برق تولیدی توسط انرژی‌های تجدیدپذیر در چند روز آینده است. نام اولیه این برنامه EWeLiNE و مراحل طراحی آن بعد از ساخت برنامه‌ای مشابه در آمریکا، شروع شده است.

این نرم‌افزار اطلاعات مربوط به میزان تولید لحظه‌ای انرژی توسط پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی را در سراسر آلمان جمع‌آوری کرده و آن را وارد الگوریتم خاصی می‌کند، وظیفه این الگوریتم مشخص کردن میزان خروجی آن‌ها در ۴۸ ساعت آینده است. دقت این الگوریتم با استفاده از یادگیری ماشینی و مقایسه نتایج حقیقی با پیش‌بینی آن، افزایش خواهد یافت.

EWeLiNE هنوز در اول راه است و برای بهبود آن‌ سال‌ها زمان لازم است و همچنین بیشتر نیروگاه‌های تجدیدپذیر در آلمان قادر به جمع‌آوری اطلاعات لحظه‌ای نیستند که این برنامه از آن‌ها استفاده کند. سازندگان این نرم‌افزار امیدوارند تا سال ۲۰۱۸ این برنامه در اکثر نیروگاه‌های تجدیدپذیر آلمان مورد استفاده قرار گیرد.

نوشته استفاده از هوش مصنوعی برای کاهش نوسانات برق در آلمان اولین بار در - آی‌تی‌رسان پدیدار شد.