فناوری هشدار آتش‌سوزی در جنگل

کمپین‌های محیط‌زیستی می‌گویند شما تنها کسی هستید که می‌توانید از آتش‌سوزی جلوگیری کنید. اما اگر این کمپین‌ها از یک فناوری پیشرفته برخوردار باشند، آیا با شرایط بهتری روبه‌رو خواهیم شد؟ طی یک پژوهش جدید، گروهی از دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان یک سیستم کنترل از راه دور هشدار و تشخیص آتش‌سوزی در جنگل‌ها را طراحی کرده و ساخته‌اند که چیزی جز حرکت باد در میان شاخه‌های درختان نیست. این دستگاه که جزئیات آن در مجله Advanced Funcal Material منتشر شده است با نام MC-TENG شناخته می‌شود. این ابزار هشدار‌دهنده یک نانوژنراتور استوانه‌ای چندلایه با ویژگی الکتریسیته مالشی یا تماسی است که با جذب انرژی از حرکت شاخه‌های پراکنده درختان، انرژی الکتریکی تولید می‌کند.
وب سایت msutoday  در گزارشی نوشته است: چانگ یانگ کائو، نویسنده اصلی این مقاله که مدیریت آزمایشگاه Laboratory of Soft Machines and Electronics در دانشکده بسته‌بندی دانشگاه ایالتی میشیگان را برعهده دارد، می‌گوید: تا آنجا که می‌دانیم این دستگاه نخستین سیستم هشدار و شناسایی آتش‌سوزی در جنگل‌هاست.
او که دانشیار دانشکده بسته‌بندی و گروه‌های مهندسی مکانیک و برق و کامپیوتر این دانشگاه هم است، ادامه می‌دهد: این سیستم حسگر خودکار می‌تواند پس از نصب، بدون نیاز به نگهداری، آتش و شرایط محیطی را به‌طور پیوسته و بدون توقف رصد کند.
آتش‌سوزی‌های غم‌انگیز جنگل‌ها در سال‌های اخیر در سراسر بخش غربی آمریکا، برزیل و استرالیا باعث شد که کائو و تیم او به فکر توسعه این فناوری جدید بیفتند. کائو معتقد است که واکنش سریع و بموقع در برابر آتش‌سوزی جنگل‌ها باعث می‌شود تا عملیات اطفای آنها آسان‌تر انجام شود و شاهد کاهش نابودی دارایی‌ها و زندگی بسیاری از مردم و همچنین کاهش بسیاری از خسارات زیست‌محیطی باشیم.
روش‌های سنتی تشخیص آتش‌سوزی جنگل‌ها ،شامل نظارت‌های ماهواره‌ای، گشت‌زنی‌های زمینی و برج‌های دیدبانی، از راهکارهایی است که ضمن کارایی کم، دارای هزینه‌های مالی بسیار است.
اکنون فناوری‌های حسگر کنترل از راه دور فعلی، بیش از پیش در حال استفاده هستند، اما این فناوری‌ها در وهله اول نیازمند نیروی باتری هستند.
یوکان پانگ، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله و همکار کائو در آزمایشگاه دانشگاه ایالتی میشیگان، می‌گوید: اگرچه سلول‌های خورشیدی در دستگاه‌های الکترونیک قابل حمل یا سیستم‌های خودکار، مورد استفاده گسترده قرار گرفته‌اند، اما نصب آنها در جنگل‌ها به‌دلیل پوشانده‌شدن آنها با شاخ و برگ درختان و ایجاد سایه، دچار چالش‌های بسیاری است.
فناوری TENG انرژی مکانیکی خارجی (حرکت یک شاخه درخت) را با استفاده از اثر الکتریسیته مالشی به برق تبدیل می‌کند. در الکتریسیته مالشی، برخی از مواد و اجسام پس از جدا شدن از ماده دوم که قبلا با آن در تماس بوده‌اند، می‌توانند الکتریسیته تولید کنند.



ساده‌ترین نسخه دستگاه TENG شامل 2لوله استوانه‌ای از مواد خاصی است که در یکدیگر فرومی‌روند. در حالی ‌که لوله اصلی از قسمت بالا محکم بسته می‌شود، لوله دوم می‌تواند به بالا و پایین کشیده شود و از یک طرف به طرف دیگر حرکت کند. این لوله فقط با یک نوار رابط قابل ارتجاع یا یک فنر، محدود شده است. از آنجا که این دو لوله به‌طور هماهنگ حرکت می‌کنند، با تماس متناوب باعث تولید برق می‌شوند. MC-TENG  مجهز به چندین لایه با ویژگی الکتریسیته مالشی است که باعث افزایش بازده الکتریکی می‌شود.
MC-TENG  جریان الکتریکی تولید‌شده خود را به‌صورت پراکنده در یک میکرو ابررسانا که بر پایه نانولوله‌های کربنی است، ذخیره می‌کند. پژوهشگران، این فناوری را به این خاطر به‌کار گرفته‌اند که می‌تواند بارها و بارها به‌سرعت، شارژ و دشارژ شود. به این ترتیب این دستگاه می‌تواند فقط با بادهای ملایم و پایدار به اندازه کافی شارژ شود.
کائو می‌گوید: MC-TENG  با یک فرکانس بسیار کم لرزشی می‌تواند برق را برای شارژ ابررسانای متصل به دستگاه در کمتر از 3دقیقه، با کارایی خوب تولید کند.
این پژوهشگران، نمونه اولیه را، هم با مونواکسید‌کربن (CO) و هم به سنسورهای حرارتی مجهز کردند. هدف از افزودن این سنسور حرارتی، کاهش احتمال تشخیص کاذب دی‌اکسیدکربن از سوی دستگاه بود. کائو امیدوار است که این گروه بتواند در یک آزمایش میدانی، دستگاهی را برای نظارت بر شرایط محیطی جنگل‌ها و سناریوهای مختلف، تولید کند و همچنین از موادی استفاده کند که آتش‌سوزی واقعی را شبیه‌سازی‌ می‌کنند. این گروه همچنین قصد دارد قابلیت‌های بیشتری را به این ابزار اضافه کند تا این امکان را برای دستگاه فراهم آورد که با هر نوع شرایط آب و هوایی و محیطی، سازگاری داشته باشد.


هزینه‌های بالا
روش‌های سنتی تشخیص آتش‌سوزی جنگل‌ها ،شامل نظارت‌های ماهواره‌ای، گشت‌زنی‌های زمینی و برج‌های دیدبانی، از راهکارهایی است که ضمن کارایی کم، دارای هزینه‌های مالی بسیار است