خبيرة البطاريات، والمرأة الحاصلة على معظم براءات الاختراع الأمريكية، تتحدث عن ابتكارها القادم

استير تاكيوتشي، وهو خبير غزير الإنتاج في تخزين الطاقة، ويحمل أكثر من 140 براءة اختراع أمريكية. وهي معروفة بتطوير البطارية التي جعلت من الممكن زرع أجهزة تنظيم ضربات القلب القلبية.

الآن أستاذ في جامعة ولاية نيويورك في بوفالو، تستخدم تاكيوتشي معرفتها بالبطارية للتعامل مع النقل وشبكة الكهرباء. لقد تحدثت مع تاكيوتشي مؤخرًا عن مسيرتها المهنية، وابتكارها التالي، والأهمية المتزايدة للبطاريات.

ما الذي يجعلك شغوفًا جدًا بهذا المجال؟

بدأت العمل في الصناعة. كانت المشاريع التي بدأت العمل عليها لأول مرة، واستمررت في العمل عليها لسنوات عديدة، هي تطوير بطاريات الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للزرع. لا يزال هذا المجال مثيرًا للغاية لأن الأجهزة تحتاج دائمًا إلى تخزين أفضل للطاقة. ستحدد البطارية الحدود الوظيفية للجهاز، بالإضافة إلى عمر الجهاز وحجمه. وكان هذا المجال مثيرا للغاية لأنه كان له تأثير ملموس للغاية على صحة الإنسان. ومع استمراري في العمل في مجال تخزين الطاقة، أصبح من الواضح أن بعض عمليات التفكير والتقنيات والأفكار التي نقوم بها التي نستخدمها لحل المشكلات المتعلقة بالبطاريات ذات الصلة بالطب الحيوي، يمكن تطبيقها على أنواع أخرى من الطاقة تخزين.

انتقلت إلى الجامعة في خريف عام 2007 وواصلت العمل في مجال البطاريات الطبية الحيوية، ولكنني توسعت أيضًا في التفكير في استخدام البطاريات في تطبيقات أخرى. [على سبيل المثال، كنا نتوقع] أن تدوم البطارية النموذجية لتطبيق المستهلك [مثل] الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة من ثلاث إلى أربع سنوات. بحلول ذلك الوقت، أصبح هاتفنا الخلوي قديمًا. لن نحصل على بطارية جديدة. سنحصل على هاتف جديد تمامًا. من الأمور الحاسمة في أذهان الجميع تخزين الطاقة المتعلقة بالنقل، عندما نفكر في الذهاب إلى السيارات الكهربائية الهجينة أو السيارات الهجينة أو السيارات الكهربائية الكاملة. تحتاج البطارية حقًا إلى أن تدوم أكثر من 10 سنوات. نريدهم أن يستمروا طوال عمر السيارة. في البطاريات الطبية الحيوية، كنا نفكر في العمر الطويل لسنوات عديدة. ربما يمكن استخدام بعض المشكلات في تطبيقات أخرى مثل النقل أو حتى تخزين الشبكة المحلية.

هل تستخدم تقنيات محددة من البطاريات الطبية الحيوية في هذه الأنواع الأخرى من البطاريات؟

عمليات التفكير المماثلة. عندما نفكر في البطاريات، نعتقد: "ربما تستهلك البطارية بسبب نفاد المواد النشطة فيها". قد يحدث ذلك. لكن في كثير من الأحيان تحدث تفاعلات أخرى داخل الخلية. نحن نسمي تلك التفاعلات الطفيلية. تسبب هذه التفاعلات ضررًا أو زيادة في المقاومة، مما يخلق ظروفًا أخرى داخل الخلية بالإضافة إلى تآكل المواد النشطة. الدروس المستفادة من مجال الطب الحيوي - أن تلك التفاعلات الطفيلية يمكن أن تكون حاسمة في تحديد عمر البطارية - يمكن تطبيقها على أنواع أخرى من البطاريات.

ماذا تعمل الآن؟

ويركز أحد المشاريع على التطبيقات الطبية الحيوية. الهدف هو زيادة طول العمر وتقليل الحجم -- ونأمل أن نصنع جهازًا نادرًا ما يتم إعادة زراعته. بمعنى آخر، مع طول عمر البطارية، قد تكون بعض التطبيقات مفيدة طوال عمر المريض.

لدي برنامج آخر أكثر استكشافًا. نحن ننظر إلى مواد جديدة ومفاهيم مادية جديدة. هذه تهدف أكثر إلى البطاريات القابلة لإعادة الشحن. يمكن أن يكون النقل. يمكن أن يكون الفضاء الجوي. نحن ننظر إلى المواد الأساسية، وبنية الملكية، وعلاقات التركيب. ماذا يحدث عندما نقوم بتصريف تلك المواد؟ هل يمكننا ضبط طبيعة المادة ومن ثم ربط ذلك بسلوكها الكيميائي الكهربي باعتبارها مادة كاثود البطارية؟

وفي مشروع واسع آخر، يركز مرة أخرى على البطاريات القابلة لإعادة الشحن، نحاول تعظيم عمر الدورة وصنع بطاريات خفيفة الوزن. في كثير من الأحيان، في أي وقت تستخدم فيه مواد تضيف وزنًا، يكون ذلك غير مرغوب فيه. نحن نتطلع إلى استغلال الهياكل النانوية لمعرفة ما إذا كنا نستخدم مواد صغيرة جدًا [ما إذا كان] يمكننا الحصول على أداء فريد من نوعه لن نتمكن من الوصول إليه باستخدام مواد ذات حجم جسيمات أكبر.

خلال فترة عملك على تخزين الطاقة، كيف لاحظت تغير أهمية البطاريات؟

لقد رأيت تغييرا هائلا. قبل بضع سنوات، كانت البطاريات عادة فكرة لاحقة. إنه مثل، "دعونا نصمم جهازًا ولدينا هذه المساحة المتبقية." دعونا نحصل على بطارية تناسب تلك المساحة. على مدى السنوات القليلة الماضية، أصبح من المعروف أن البطاريات في كثير من الأحيان هي التكنولوجيا التمكينية. إذا لم يكن لديك بطارية جيدة لجهاز طبي، فليس لديك جهاز طبي. أصبحت البطاريات حقًا أكثر من مجرد فكرة لاحقة. إنها تصبح التكنولوجيا التمكينية التي تسمح للجهاز بفعل ما تريد أن يفعله حقًا. إذا لم يكن لديك البطارية المناسبة، فلن تكون قابلة للتطبيق سواء على المستوى الاقتصادي أو على مستوى قبول المستهلك. وقد جاء هذا الاعتراف بصوت عال وواضح في السنوات القليلة الماضية. إن زيادة الاعتراف بذلك وزيادة التمويل مع الوكالات الفيدرالية أمر في غاية الأهمية لأنه، كما أعتقد، كان قبل حدوث ذلك في السنوات القليلة الماضية، كان مقدار الاهتمام الموجه للبطاريات في الولايات المتحدة متخلفًا كثيرًا عما كان عليه على المستوى الدولي الساحة. وعلى الولايات المتحدة أن تقوم ببعض الأمور للحاق بالركب. أعتقد أن هذا ممكن. أعتقد أن الوقت مناسب. سيكون من الفظيع حل مشكلة الاعتماد على النفط الأجنبي ثم التحول إلى الاعتماد على البطاريات الأجنبية.

أي من البطاريات التي قمت بإنشائها تفتخر بها أكثر؟

أعتقد أن البطارية التي كان لها التأثير الأعمق -- تم التعرف على هذا من قبل الرئيس أوباما مع منح الوسام الوطني للتكنولوجيا والابتكار -- كانت بطارية جهاز إزالة رجفان القلب القابل للزرع. هناك ما يقرب من 300000 جهاز مزيل رجفان القلب القابل للزرع يتم وضعها في المرضى كل عام. في حين أن هناك بعض التقنيات الجديدة التي ظهرت للبطاريات، إلا أن النظام الذي قمنا بتطويره لا يزال يمثل تقنية مهيمنة للغاية بعد مرور أكثر من 20 عامًا على عملية الزرع الأصلية. أعتقد أنها شهادة حقيقية على مدى أهمية العمل. أتذكر أننا كنا نعمل على تلك البطارية وحصلنا أخيرًا على أخبار عن أول عملية زرع بشرية. لقد كنا متحمسين للغاية. البطارية التي صنعناها قد دخلت الآن داخل الشخص وتبقيه على قيد الحياة. هذا التشويق لا يتضاءل أبدا. أهمية هذا العمل لا تتضاءل أبدًا لأنك تدرك مدى عمق التأثير ليس فقط على المستوى المجتمعي، ولكن على المستوى الفردي. الشخص الذي يحصل على عملية زرع هو على قيد الحياة اليوم لأن تلك البطارية قامت بعملها.

هل لديك أي شيء آخر لإضافة؟

أود أن أضيف كلمة تشجيع للطلاب والعلماء الصاعدين. العلم بشكل عام والبطاريات بشكل خاص، إنه مكان ممتع. إنها طريقة مثيرة لتقديم المساهمة. يصبح الأمر أكثر إثارة للاهتمام في كل وقت. كل يوم هو شيء جديد. نتوصل إلى اكتشاف جديد، أو اكتشاف جديد، أو نواجه عقبة يتعين علينا إيجاد طريقة للتغلب عليها. كل يوم هو مجرد تحدٍ فكري عميق لا أزال أجده مفيدًا. أود أن أشجع المزيد من الناس على التفكير في المهن في مجال العلوم. كلما زاد عدد الأشخاص الذين يدخلون هذا المجال، كلما كان المجال أفضل. نحن بحاجة إلى وجهات نظر جديدة، وطرق جديدة للتفكير من شأنها أن تعزز قدرتنا على معالجة المشاكل التي ربما لا يعرف الناس اليوم كيفية حلها.

شاهد أ فيديو عن عمل تاكيوتشي.

تم نشر هذه المقالة في الأصل على موقع Smartplanet.com