ব্যাটারির দিন শেষ ফোন চার্জ হবে কাপড়ের সুতা দিয়ে পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়াল তৈরি করবে বিদ্যুৎ

ভাবুন তো, আপনি বাড়ির বাইরে কোথাও গেলেন। আপনাকে একটুও ভাবতে হচ্ছে না ফোনের চার্জের ব্যাপারে। নতুন এক প্রযুক্তি অচিরেই সুযোগ করে দেবে, আপনার গায়ের পোশাকের সুতাই চার্জ করে দেবে আপনার ফোন। আপনার জিনসের পকেটের ভেতরের খসখস শব্দ করা সুতা আপনার সেলফোন চার্জ করেদিতে পারবে। পিকচার সেন্সরগুলোর জন্য দরকার পড়বে না কোনো ব্যাটারির। কেননা, এগুলো নিজেই তৈরি করতে পারবে নিজের জন্য প্রয়োজনীয় বিদ্যুৎ। এমন আরো অনেক ডিভাইসেই আলাদা কোনো ব্যাটারির প্রয়োজন হবে না। কারণ, সেদিন বেশি দূরে নয়, যেদিন তা সম্ভব হতে চলেছে নতুন piezoelectric ম্যাটেরিয়াল ও ডিভাইসের সুবাদে।

এ ধরনের পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়ালে চাপ দিলে কিংবা একে নিষ্পেষণ করলে সৃষ্টি হয় ইলেকট্রিক চার্জ। একটি সার্কিট সংযোজন করে এই চার্জ ধারণ ও মজুদ করা যায়। এবং আপনি আপনার হেটেগতিকেও পরিণত করতে পারবেন বিদ্যুতে। 

পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়ালগুলো নতুন কিছু নয়। কিন্তু বড় কাজ হচ্ছে, এগুলো থেকে প্রচুর বিদ্যুৎ উৎপাদন করা। আজকের দিনে এসব ম্যাটেরিয়ালের বেশিরভাগ থেকেই যে বিদ্যুৎ উৎপাদন হয়, তার পরিমাণ খুবই কম: মাত্র কয়েক মাইক্রোওয়াট। তুলনার জন্য আমাদের জানা দরকার, ৮ মিলিয়ন মাইক্রোওয়াট (৮ ওয়াট) বিদ্যুৎ লাগে একটি এলইডি বাল্ব জ্বালাতে। আজকের দিনের বেশিরভাগ পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়াল হচ্ছে সিরামিক, যা শক্ত কিন্তু সহজে ভেঙে যায়। এগুলো বেশিদিন টিকে না। কিন্তু দুটি প্রকল্প জানার সুযোগ করে দিয়েছে, কী করে এসব অস্বাভাবিক ম্যাটেরিয়ালকে কাজে লাগানো যায় বিভিন্ন ডিভাইসে বিদ্যুতের জোগান দেয়ায়, যাতে এগুলো আদর্শ পরিবেশে ব্যবহার করা যায়। একটি প্রকল্পে এ ধরনের পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়ালকে কাপড়ের সুতায় রূপান্তর করা হয়। অন্যটিতে তৈরি করা হয় সোনারের (প্রতিফলিত শব্দতরঙ্গের সাহায্যে পানিতে নিমজ্জিত বস্তুর সন্ধান ও এর অবস্থান নির্ণয়ের যন্ত্র) মতো বেকন (আলোকসঙ্কেত), যা পানির নিচে রোবট বা আরো কিছুকে নিরাপদ চলাচলে সহায়তা করে। 

কামাল আসাদি উপায় খুঁজছিলেন, কী করে তিনি আমাদের পোশাকের জন্য এমন একটি পকেট বানাতে পারেন, যা একটি সেলফোন চার্জ করতে পারে। আসাদি ইংল্যান্ডের বাথ বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ। এ ধরনের একটি চার্জিং পকেট সৃষ্টি করতে তার দরকার হয় একটি কোমল ও প্রসারণশীল পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়াল, যা থেকে বাদ যায় সিরামিক। তিনি ভাবলেন নাইলন এ ক্ষেত্রে কাজে আসতে পারে।

কামাল আসাদির টিম তৈরি করেন খুব চিকন পাতলা সুতা, যা সম্প্রসারণ বা নিষ্পেষণ করলে বিদ্যুৎ সৃষ্টি হয়। এ ধরনের সম্প্রসারণশীল হালকা-পাতলা প্লাস্টিক সুইমস্যুট থেকে শুরু করে খেলাধুলার পোশাক ও ফিশিং লাইন ও গিটারের তারে দেখতে পাওয়া যায়। বেশিরভাগ নাইলন পিজোইলেকট্রিক নয়। কিন্তু কিছু ধরনের নাইলনের এ ধরনের গুণাবলি রয়েছে যদি এবং কেবলমাত্র যদি আপনি প্রথমেই একে কোনো ক্রিস্টাল স্ট্রাকচার দিতে চান, এটিকে বিশেষ ধরনের লম্বা সুতার আকারে কাঠামো দিতে চান, তবে তাহবে জটিল ও চ্যালেঞ্জিং এক কাজ। এমনটিই বললেন কামাল আসাদি। কিন্তু তিনি সম্প্রতি এ কাজটি করার একটি উপায় খুঁজে পেয়েছেন। 

প্রথমত, গবেষকেরা নাইলনের দলা একটি স্ট্রং অ্যাসিডে দ্রবীভ‚ত করেন। এরপর এরা পাতলা সুতা তৈরির জন্য কাজে লাগান ইলেকট্রোস্পিনিং নামের একটি কৌশল। এই সুতা একটা প্লেটে যাওয়ার পর শুকানো হয়। এরা যখন প্রথম এই চেষ্টা চালান, তখন ওই সুতা পিজোইলেকট্রিক ছিল না।  সোজা কথায়, এ থেকে কোনো বিদ্যুৎ সৃষ্টি হতোনা। সমস্যাটি কোথায়? আসাদি বলরেন, ‘অ্যাসিড মলিকিউল থেকে যেত নাইলনের মধ্যে।’ তারা গবেষণার ব্যাপারে খুবই সন্তুষ্ট ছিলেন। কারণ, এ সমস্যা সমাধানে তাদেরবাইরে কোথাও যেতে হয়নি। কামাল আসাদি এ কাজে আরেকটি উপাদান যোগ করলেন। এর নাম অ্যাসিটোন। আসাদি জানান এই উপাদান বেশিরভাগ নেইল পলিশ রিমুভারে থাকে। অ্যাসিটোন এই রাসায়নিক নাইলন সুতা শুকাবার সময় এ থেকে অ্যাসিড বের করে আনে। এবার আপনি নাইলন দ্রবীভ‚ত করুন। ব্যস কাজ শেষ। 

এই সুতা দিয়ে তারা যে নতুন কাপড় তৈরি করলেন, তা যেপিজোইলেকট্রিক তা দেখাতে কামাল আসাদি এ সুতার তৈরি একটি ম্যাট যুক্ত করেন একটি সার্কিটের সাথে। তার এক ছাত্র এই ম্যাট তার হাতের তালুতে রাখেন।তার হাত খোলা ও বন্ধ করার ফলে দেখা গেল এ থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন হচ্ছে। তবে এই বিদ্যুৎ দিয়ে একটি সেলফোন চার্জ করার মতো পর্যাপ্ত ছিল না। কিন্তু আরো কিছু কাজ করার পর তা দিয়ে সেলফোন চার্জ করা সম্ভব বলে আসাদি জানান। আসাদির টিম তাদের গবেষণার ফলাফল বিস্তারিতভাবে গত বছর ২৩ অক্টোবর ‘অ্যাডভান্স ফাঙ্কশনাল ম্যাটেরিয়ালস’-এ প্রকাশ করেন। নাইলনের সুতা শরীরের মুভমেন্টকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করতে পারে, তা দেখাতে এটিই ছিল প্রথম পরীক্ষা। আর তা অনেক গবেষককেই বিস্মিত করেছে।

কামাল আসাদির ছাত্র পিজোইলেকট্রিক সুতার তৈরি কাপড়ের মেটটি তার হাতের তালুতে রেখে তা সংযুক্ত করে দেন একটি যন্ত্রে। যন্ত্রটি ইলেকট্রিক চার্জ পরিমাপ করে। যখন এই ছাত্র তার হাত খুলেন ও বন্ধ করেন, তখন যন্ত্রটির স্ক্রিনে চার্জ প্রদর্শিত হয়। এতে বুঝা যায় বিদ্যুৎ উৎপাদিত হচ্ছে।

‘এই কাপড় আসলেই সম্প্রসারণশীল’ বললেন ঝিকুন ড্যানিয়েল দেং। তিনি একজন প্রকৌশলী ও সমুদ্রবিজ্ঞানী। তিনি এ গবেষণার সাথে যুক্ত নন। তিন কাজ করেন ওয়াশিংটনের রিচল্যান্ডের প্যাসিফিক নর্থওয়েস্ট ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে। দেং বলেন ‘নাইলনের সুতা একটি কম-বিদ্যুতে চলা সেন্সর চালানোর জন্য পর্যাপ্ত বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে। কিন্তু আসাদির টিমকে প্রথমেই তা সংযুক্ত করতে হবে একটি সার্কিটে, যা এই বিদ্যুৎ ব্যবস্থাপনার কাজ করবে। কম-বিদ্যুতে চলা পিজোইলেকট্রিক সেন্সর সহায়ক হতে পারে ইন্টারনেট অব থিংস নির্মাণে। এটি এমন একটি সেন্সর ব্যবস্থা, যা রিয়েল টাইমে মানুষ, স্থান ও বস্তু-সম্পর্কিত তথ্য বিনিময় করবে। যেমন: সড়কে পিজোইলেকট্রিক সেন্সর যান চলাচলা নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনে গাড়ির গতি চিহ্নিত করতে পারবে অথবা রোডসিগন্যাল কিংবা স্ট্রিটলাইট থেকে আসা আলো চিহ্নিত করতে পারবে। শরীরে বা পোশাকে থাকা সেন্সর মনিটর করতে পারবে স্বাস্থ্যতথ্য ও শারীরিক সুস্থতা। সেন্সরগুলো চলবে হাঁটার সময়ে শরীরের নড়াচড়ার মাধ্যমে সৃষ্ট বিদ্যুতে। যেসব সেন্সর সমুদ্র মনিটর করে, সেগুলো নিজে নিজেই চার্জ হবে পানির চলাচলের ওপর নির্ভর করে। 

পানির নিচে পথের সন্ধান

ক্যামব্রিজের ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজির (এমআইটি) প্রকৌশলী ফাদেল আদিব এবং রেজা গাফফারি ভারদাবাগ কাজ করছেন এ ধরনের একটি আন্ডারসি সিস্টেমের ওপর। এরা প্রথমে পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়াল ব্যবহার করেন একটি সেন্সর তৈরিতে, যা ব্যবহার হবে সমুদ্রের তাপমাত্রা ও পানির চাপ পরিমাপে। এখন এরা এই সেন্সর আরো মডিফাই করছেন, যাতে এটি কাজ করতে পারে পানির নিচের একটি লাইট হাউজ বা বাতিঘর হিসেবে। আলোর পরিবর্তে এটি ছড়াবে শ্রবণযোগ্য সঙ্কেত। এর সাহায্যে পানির নিচের মেশিনগুলো পথ চিনে নিতে পারবে। 

গাফফারি ভারদাবাগ বলেন, ‘রেডিও সিগন্যাল সহজেই ব্যাঘাত ঘটে উপগ্রহ, সেলফোন ও অন্যান্য ডিভাইসের ক্ষেত্রে। এসব সিগন্যাল আমাদের সহায়তা করে জিপিএসের মাধ্যমে পথ খুঁজে নেয়ায়। কিন্তু রেডিও সিগন্যাল যখন পানিতে আঘাত করে, তখন দ্রুত এসব সিগন্যালের মৃত্যু ঘটে।’ তবে শব্দতরঙ্গ পানির মধ্যদিয়ে ভালোভাবে চলতে পারে। ডলফিন ও কিছু তিমি মাছ ‘ইকোলোকেশন’ নামের একটি কৌশল ব্যবহার করে। এগুলো শব্দ নির্গত করে। এই শব্দ কাছের কিছুতে কোথাও বাধাপ্রাপ্ত হলে ইকো বা প্রতিশব্দাকারে ফিরে আসে। এই ইকো থেকে ডলফিন ও তিমি চারপাশের বস্তু সম্পর্কে বিস্তারিত জেনে যায়। পানির নিচে চলা রোবট, সাবমেরিন ও অন্যান্য ডিভাইস এই কৌশল ব্যবহার করেমাছ ও অন্যান্য প্রাণীর উপস্থিতি জেনে নেয়। তবে একদম সঠিক লোকেশন জানার জন্য যন্ত্রগুলোর প্রয়োজন একটি নির্দিষ্ট বিকন (beacon ) তথা আলোকসঙ্কেতের নেটওয়ার্ক।  এই নেটওয়ার্ক তাদের শব্দ শুনে তাদেরকে জানিয়ে এরা ঠিক কোন জায়গায় রয়েছে। 

একটি প্রদর্শন অনুষ্ঠানে রেজা গাফফারি ভারদাবাগের টিম একটি ছোট্ট সবুজ বাতি জুড়ে দেয় তাদের সেন্সরে এবং দেখাতে চায় এই সেন্সর বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে, যখন শব্দতরঙ্গ এতে আঘাত হানে

জলজপ্রাণী ও পানির নিচে তাদের জগৎ মনিটর করতে ড্যানিয়েল দেং মাঝেমধ্যে এ ধরনের বিকনের নেটওয়ার্ক ব্যবহার করেন। কিন্তু ব্যাটারি শেষ হয়ে গেলে এগুলো বদলাতে হয়। কাজটি বেশ সমস্যাকর। তিনি বলেন, ‘কোনো কোনো সময় এগুলো ব্যবহার করা হয় এক বছর ধরে। এরপর এগুলো রিকভার করে দেখা যায় একটি নেটওয়ার্ক কখনোই কাজ করেনি। এটি গবেষকদের জন্য একটি দুঃস্বপ্ন।’   

বিপরীতক্রমে, এমআইটি গ্রুপের সেন্সরগুলোর জন্যকখনোই ব্যাটারির প্রয়োজন পড়ে না। এরা নিজে নিজেই চলবে এদের ওপর শব্দতরঙ্গের কম্পনের আঘাত সৃষ্ট বিদ্যুতের মাধ্যমে। পিজোইলেকট্রিক সিরামিক এই কম্পনকে পরিণত করবে বিদ্যুতে। 

এমআইটির শিক্ষার্থী সৈয়দ সাদ আফজাল এবং ওসভি রডরিগুয়েজ বোস্টনের চার্লস নদীতে তাদের সেন্সরগুলো ডুবাচ্ছেন। যখন শব্দতরঙ্গ এই সেন্সরগুলোতে আঘাত করে, তখন এগুলো কেঁপে ওঠে। পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়াল এই কম্পনগতিকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করে। এ ধরনের সেন্সর ব্যবহার করা যাবে সমুদ্র পরিমাপের জন্য অথবা নেভিগেশনের কাজে

একটি সার্কিট এই বিদ্যুৎ ব্যবহার করে সেন্সরটিকে জাগিয়ে তুলতে। এটি তখন শব্দতরঙ্গ ফেরত পাঠায় পানিতে। যদিও সেন্সর সব ধরনের শব্দের বেলায় জেগে ওঠে না। এটি ফ্রিকুয়েন্সি শুনে তা মানবযন্ত্র বাট্র্যাকিং ডিভাইস বাইরে পাঠায়। 

২০২০ সালের প্রথম দিকে বোস্টনে শীত মওসুমের একদিনে গাফফারি ভারদাবাগের টিম চার্লস নদীতে তাদের সেন্সর পরীক্ষা করে দেখার জন্যবরফের ওপর দিয়ে কষ্ট করে হেঁটে সেখানে যায়। এসব সেন্সরকে জাগিয়ে তোলার জন্য যেসব শব্দতরঙ্গ এসব সেন্সর থেকে ছোড়া হয়, তা কাজ করতে শুরু করে। গবেষকেরা তাদের এই উত্তম প্রযুক্তি বর্ণনা করেন গত বছর নভেম্বরে ‘অ্যাসোসিয়েশন অব কমপিউটার মেশিনারি’র উনিশতম কর্মশালায়; নেটওয়ার্কের হট টপিক হিসেবে।

ড্যানিয়েল দেং এবং অন্য সমুদ্রবিজ্ঞানীদের ব্যবহারের জন্য এসব সেন্সর পর্যাপ্ত সিগন্যাল সঞ্চালন করবে না। আর এগুলোর যথার্থতা তথা অ্যাকুরেসির উন্নয়ন ঘটানো যেতে পারে।কিন্তু এমআইটি গ্রæপ যদি এর প্রযুক্তির উন্নয়ন ঘটাতে সক্ষম হয়, তবে তার আশা ভবিষ্যতে রুই, বাইম ও শ্যাড মাছসহ অন্যান্য মাছ ও জলজপ্রাণীর চলাচল চিহ্নিত করা সম্ভব হবে। 

‘আমরা এখন পানির নিচের জগতের চেয়ে চাঁদসম্পর্কে অনেক বেশি জানি’ হতে পারে আগামী দিনে এ কথা মিথ্যা প্রমাণিত হবে। আর এ জন্য ধন্যবাদ পাবে ‘পিজোইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়াল’ এমনটিই বলেছেন গাফফারি ভারদাবাগ।