دانشمند سابق ناسا در حال ساخت تراشه تولید برق دائمی با اثر Casimir | رونمایی تا ۲۰۲۸

به گفته designnews :

استارتاپ Casimir در حال توسعه نمونه اولیه تراشه‌ای است که برای برداشت انرژی از اثر کازیمیر یا Casimir Effect، یکی از پدیده‌های فیزیک خلأ کوانتومی استفاده می‌کند.

برای دکتر هارولد «سانی» وایت، مفهوم خلأ کوانتومی از همان روزهایی که به‌ عنوان دانشمند ناسا روی سیستم‌های پیشران و فناوری‌های پیشرفته انرژی کار می‌کرد، موضوعی جذاب و درگیرکننده بوده است. وایت به‌تازگی با جذب سرمایه اولیه ۱۲ میلیون دلار، استارتاپی به نام Casimir راه‌اندازی کرده تا آنچه را که گفته می‌شود اولین تراشه انرژی کوانتومی است، توسعه دهد. به گفته این شرکت، این تراشه می‌تواند در کاربردهای مختلف، از تجهیزات الکترونیکی مصرفی گرفته تا سامانه‌های فضایی، به کار گرفته شود و برق پیوسته را بدون نیاز به باتری یا شارژ مجدد تأمین کند.

دکتر وایت در مصاحبه‌ای جدید با مجله Design News توضیح داد که بخش عمده‌ای از پایه‌های توسعه این تراشه، ریشه در تحقیقات انجام‌شده در دانشگاه A&M تگزاس دارد. وایت مدت‌هاست که شیفته خلأ کوانتومی است؛ پدیده‌ای که نشان‌دهنده پایین‌ترین حالت انرژی در یک میدان کوانتومی است. او در جریان تحقیقات خود دریافت که این میدان کاملاً خالی نیست، بلکه محیطی پویاست که در آن نوسانات کوانتومی به‌طور مداوم رخ می‌دهند و ذرات مجازی به‌صورت لحظه‌ای پدید آمده و ناپدید می‌شوند. 

وایت در تلاش است با بهره‌گیری از اثر کازیمیر و انرژی مرتبط با این نوسانات، تراشه‌ کوچکی بسازد که عملکردی مشابه یک باتری شارژی کوچک داشته باشد، با این تفاوت که با گذشت زمان دچار افت عملکرد نشود و نیازی به تعویض نداشته باشد.

تراشه MicroSparc

به گفته وایت، نمونه اولیه این تراشه که در حال توسعه است، MicroSparc نام دارد. این تراشه تنها ۵ میلی‌متر مربع مساحت دارد و می‌تواند ولتاژ ۱.۵ ولت را با جریان ۲۵ میکروآمپر تولید کند. او این فناوری را دارای ظرفیت بالایی برای استفاده در صنایع مختلف می‌داند و می‌گوید از آن استقبال قابل توجهی خواهد شد. وایت می‌گوید: «در حال مذاکره با شرکت‌های خودروسازی هستیم تا از این فناوری در کاربردهایی مانند سیستم پایش فشار باد تایرها و خودروهای برقی استفاده کنیم.» به گفته او مهم‌ترین مزیت این فناوری برای صنعت خودرو، تأمین توان در محل مصرف بدون نیاز به کابل‌کشی است.

از دیگر کاربردهای بالقوه این تراشه در تجهیزات کم‌مصرف می‌توان به گجت‌های پوشیدنی، ریموت‌های هوشمند یا Key Fobs و دستگاه‌های اینترنت اشیا اشاره کرد. با این حال، وایت معتقد است این تراشه ها احتمالا در آینده برای تولید برق سیستم‌های انرژی خانگی نیز مورد استفاده قرار گیرند. او همچنین آینده‌ای را متصور است که در آن این تراشه در سامانه‌های فضایی و برای تأمین انرژی سنسورهایی به کار گرفته شود که استفاده از باتری یا پنل‌های خورشیدی در محل نصب آن‌ها امکان‌پذیر یا عملی نیست.

آشنایی با Casimir Effect

فناوری به‌کار رفته در این تراشه بر پایه اثر کازیمیر است، پدیده‌ای که الهام‌بخش وایت برای انتخاب نام شرکت Casimir بوده است. بر اساس اطلاعات منتشرشده در وب‌سایت این شرکت، هندریک کازیمیر در سال ۱۹۴۸ نشان داد که اگر دو صفحه فلزی در محیط خلأ قرار گیرند، به دلیل وجود فشار منفی به سمت یکدیگر کشیده می‌شوند. دلیل این امر آن است که طول موج‌های الکترومغناطیسی بزرگتر از فاصله بین دو صفحه، نمی‌توانند در این فضای خالی یا حفره جا بگیرند. در نتیجه، میان فضای داخل و خارج این حفره اختلاف انرژی ایجاد می‌شود.

این وب‌سایت همچنین اشاره می‌کند که در تحقیقات بعدی که توسط دانشمندی به نام استیون لامورو در سال ۱۹۹۷ انجام شد، نیروی کازیمیر و اختلاف انرژی ناشی از آن با دقت بالایی اندازه‌گیری شد. اکنون وایت در حال هدایت پژوهشی است که هدف آن، توسعه یک نانوساختار سفارشی در تراشه است؛ ساختاری که بتواند با میدان‌های کوانتومی تعامل داشته باشد و از انرژی مرتبط با این پدیده بهره بگیرد.

زمان‌بندی تجاری‌سازی

وایت انتظار دارد که نمونه اولیه تراشه MicroSparc تا اوایل سال ۲۰۲۸ به صورت تجاری به بازار عرضه شود. او تأیید کرده است که این تراشه می‌تواند با استفاده از فرآیندها و تجهیزات استاندارد تولید نیمه‌هادی‌ها ساخته شود. به گفته او بخش عمده‌ دو سال آینده صرف بهبود عملکرد تراشه خواهد شد؛ از جمله بهینه‌سازی خواص دی‌الکتریک و همچنین ساخت مجموعه‌هایی از تراشه‌ها با قرار دادن چندین دستگاه روی یک بستر مشترک (Substrate) تا توان خروجی بیشتری فراهم شود.