2007 में, एरिक हेंडरसन ने आयोवा में अपने घर के बाहर हवा में एक लाल रंग की सरसराहट के दिल के आकार के पत्तों को देखा। एक झोंका आया, जो पेड़ की शाखाओं के चारों ओर घूम रहा था, जिससे पत्तियां हवा की अशांत धारा में दोलन कर रही थीं।
"और वह मुझे सोच रहा है, " वह कहते हैं।
आयोवा स्टेट यूनिवर्सिटी के एक आणविक जीवविज्ञानी हेंडरसन ने इन यादृच्छिक गमलों की कटाई के विचार से शुरुआत की। "यह हवा नहीं है जो कभी भी एक टरबाइन को देखेगा क्योंकि यह जमीन पर कम है और यह थोड़ा एडी और घूमता है, " वे कहते हैं। लेकिन वहां अभी भी ऊर्जा है।
इसने उन्हें पत्तियों के जुनून के साथ शुरू किया - उनके आकार, वायुगतिकी, मामूली उत्तेजना में दोलनों का अध्ययन। उन्होंने विश्वविद्यालय के दो अन्य शोधकर्ताओं, कर्टिस मॉशर और माइकल मैकक्लोस्की को भर्ती किया, ताकि उनकी मदद की जा सके और साथ में, फॉरेक्स फॉरेस्ट की अवधारणा खिल उठे। यह विचार था कि कुछ सामग्रियों से पत्तियां बनाकर, वे झुकते हुए पत्तों से ऊर्जा का उत्पादन कर सकते हैं।
सब कुछ एक विधि पर टिका है जिसे पीज़ोइलेक्ट्रिक्स के रूप में जाना जाता है, जो लगभग एक सदी से अधिक समय से है। 1880 में जैक्स और पियरे क्यूरी द्वारा खोजे जाने के बाद, उनका उपयोग विभिन्न प्रकार के गैजेट्स में किया गया है - शुरुआती फोनोग्राफ से (जहां पाईज़ोइलेक्ट्रिक्स ने कंपन से सुई को विद्युत प्रवाह में बदल दिया) प्रकाश को स्पार्क करने के लिए।
अवधारणा उन सामग्रियों के हेरफेर पर आधारित है जिनमें सहसंयोजक बंधों की एक नियमित सरणी होती है, एक रासायनिक संबंध जिसमें दो परमाणु इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं। "एक क्रिस्टल में, वे सभी [बांड] एक बहुत ही क्रमबद्ध स्थिति में हैं, " हेंडरसन कहते हैं। "यदि आप इसे निचोड़ते हैं, या इसे धक्का देते हैं, या इसे मोड़ते हैं, तो यह शिफ्ट हो जाता है।" और अगर ठीक से हेरफेर किया जाए, तो इलेक्ट्रॉनों के आगे और पीछे यह बिजली पैदा कर सकता है।
शोधकर्ताओं के विचार की मूल बातें सरल थीं: प्लास्टिक के पत्तों के साथ एक पेड़ के आकार का बिजली जनरेटर का निर्माण करें जिसमें पॉलीविनाइडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ), पीजोइलेक्ट्रिक प्लास्टिक का एक प्रकार का डंठल होता है। हवा के साथ किसी भी क्षेत्र में बाहर पेड़ को डुबो दें और नकली पत्ते के रूप में और फुलाने के लिए ऊर्जा की कटाई करें।
लेकिन, जैसा कि उन्होंने हाल ही में जर्नल पीएलओएस वन में प्रकाशित किया है, स्थिति बहुत अधिक जटिल है। "यह सब बहुत अच्छा लगता है जब तक आप भौतिकी करने की कोशिश नहीं करते हैं, " हेंडरसन कहते हैं।
कपास के पत्तों के बाद तैयार किए गए बायोमिमेटिक पेड़ के पत्ते, बिजली उत्पादन के लिए पीजोइलेक्ट्रिकल प्रक्रियाओं पर भरोसा करते हैं। (क्रिस्टोफर गैनन) पहली परेशानी वास्तव में बिजली पैदा करने के लिए आवश्यक शर्तें हैं, मैक्लोस्की कहती हैं, जो कागज पर एक लेखक भी हैं। यद्यपि हवा में पत्तियां फ्लैप होती हैं, माना जाता है कि बिजली पैदा कर रही है, उपयोगी ऊर्जा प्राप्त करने का एकमात्र तरीका उच्च आवृत्ति से है, नियमित रूप से डंठल के झुकने वाले स्थान - एक ऐसी स्थिति जो शायद ही कभी प्रकृति में पाई जाती है।
यह भी पता चला है कि उत्पादित ऊर्जा की मात्रा संबंधित हो सकती है कि डंठल कितनी जल्दी झुक रहे हैं। जब वे एक पंखा लगाते हैं तो उसके ब्लेड वास्तव में पत्ती पर वार कर सकते हैं क्योंकि यह घूमता है, वे एक एलईडी को प्रकाश में लाने में सक्षम थे। लेकिन फिर, यह प्रकृति में सामान्य स्थिति नहीं है।
परजीवी समाई के रूप में भी जाना जाता है, वह बताते हैं। अपने नाम की तरह, यह घटना एक जोंक से एक बेजान प्राणी के जीवन को चूसने वाली जोंक के समान है। हालाँकि हवा पत्तियों को दोलन के रूप में ऊर्जा का एक बहुत कुछ उत्पन्न कर सकती है, विभिन्न परजीवी प्रभाव - जैसे कि कई दिशाओं में पत्ती झलकता है - उस ऊर्जा के घूंट चुराते हैं, प्रभावी रूप से विद्युत आवेशों को रद्द करते हैं। और अंत में, मुश्किल से कुछ भी रहता है।
इसे बंद करने के लिए, ऊर्जा के उन अवशेषों को इकट्ठा करना एक हवा से दूर है। सामग्रियों की प्रकृति के कारण, एक बैटरी में स्थानांतरण के दौरान ऊर्जा खो जाती है। और हालांकि वे एक छोटी बैटरी चार्ज कर सकते थे, मैकक्लोस्की का कहना है कि यह "एक हिमयुग" होगा।
कर्टिस मॉशर (बाएं), एरिक हेंडरसन (मध्य) और माइक मैकक्लोस्की (दाएं) ने एक प्रोटोटाइप बायोमिमेटिक पेड़ इकट्ठा किया है जो बिजली का उत्पादन करता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, प्रौद्योगिकी भविष्य में एक आला बाजार में अपील कर सकती है। (क्रिस्टोफर गैनन) जैसा कि टीम ने इन समस्याओं की भरपाई करने के लिए अथक प्रयास किया, वे दूसरों को उसी विचार का पीछा करते हुए देखने लगे। हालांकि, कुछ प्रयास दूसरों की तुलना में बेहतर हैं, हालांकि हेंडरसन और मैक्लोस्की के अनुसार, लोग इस तकनीक के साथ क्या करने का दावा कर रहे हैं, इस संदर्भ में बहुत गर्म हवा लगती है।
यहां तक कि ऐसी कंपनियां भी हैं जो वास्तव में इस ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम होने का दावा कर रही हैं। एक, जिसे SolarBotanic कहा जाता है, अपने नकली पेड़ के प्रत्येक पत्ते पर ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के एक महत्वाकांक्षी संयोजन से शादी करने की उम्मीद करता है: सौर ऊर्जा (फोटोवोल्टिक), गर्मी शक्ति (थर्मोइलेक्ट्रिक्स), और पीज़ोइलेक्ट्रिक्स। मैकक्लोस्की बताते हैं, समस्या यह है कि सौर ऊर्जा की तुलना में, पीज़ोइलेक्ट्रिक्स ऊर्जा की एक न्यूनतम राशि का उत्पादन करते हैं। कंपनी 2008 में स्थापित की गई थी। नौ साल बाद, अशुद्ध जंगल अभी तक भौतिक हो गए हैं।
पिछले साल, मनसा मेंडू ने 2016 के युवा वैज्ञानिक चैलेंज को एक अशुद्ध, ऊर्जा-उत्पादक पेड़ के समान पुनरावृत्ति के साथ जीता। लेकिन उसने डिवाइस में लचीली सौर कोशिकाओं को शामिल करते हुए पीज़ोइलेक्ट्रिक्स की सीमाओं को भी स्वीकार किया।
मैक्लोस्की कहते हैं, "मुझे नहीं लगता कि यह एक [नकली] संयंत्र या संशोधित किए गए एक वास्तविक पौधे के लिए एक बुरा अवधारणा है।" "यह केवल पीजोइलेक्ट्रिकिटी की यह विशेष योजना है- मुझे नहीं लगता कि यह वर्तमान सामग्रियों के साथ काम करने जा रहा है।"
टीम, हालांकि, एक अन्य कोण पर भी काम कर रही है: एक ऐसी सामग्री का संश्लेषण करना जो मानव कान में पाए जाने वाले प्रोटीन की नकल करता है जो ध्वनि को बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है। हालाँकि वे इस बारे में जानकारी दे सकते हैं कि परियोजना लंबित आविष्कार के खुलासे के कारण सीमित है, लेकिन McCloskey कह सकता है कि सामग्री में उनकी वर्तमान प्रणाली की तुलना में 100, 000 गुना अधिक दक्षता है।
पीज़ोइलेक्ट्रिक्स की वर्तमान विधियों का निर्धारण करके, टीम पेड़ों से निपटने के लिए सबसे अच्छा तरीका समझकर मार्ग के साथ एक कदम है। जैसा कि एडिसन ने कथित तौर पर भंडारण बैटरी विकसित करने के लिए संघर्ष करते हुए कहा था: “मैं असफल नहीं हुआ। मुझे अभी 10, 000 ऐसे तरीके मिले हैं जो काम नहीं करेंगे। ”
मैक्लोस्की कहते हैं: "यह उन 10, 000 में से एक है।"
