«Το πέταγμα μιας πεταλούδας στην Κίνα μπορεί να προκαλέσει τυφώνα στην Αμερική»

Όλοι μας έχουμε ακούσει ή διαβάσει κάπου τη θεωρία αυτή. Το κατά πόσο είναι δυνατόν να αληθεύει, σίγουρα δεν έχει να κάνει σε καμία περίπτωση με τη θεματολογία και την ενημέρωση σχετικά με την τεχνολογία της 3D εκτύπωσης. Αυτό που θα μας απασχολήσει όμως στο παρόν άρθρο είναι η δομή των φτερών ενός είδους των συμπαθέστατων αυτών εντόμων, τα οποία αποτέλεσαν την πηγή έμπνευσης μιας ομάδας ερευνητών του Caltech (Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια) και του αντίστοιχου Γερμανικού της Karlsruhe. Θέλοντας να κατασκευάσουν πιο αποδοτικά και κατά συνέπεια περισσότερο φιλικά προς το περιβάλλον πάνελ ηλιακών συλλεκτών, εξέτασαν προσεκτικά τη δομή των φτερών της μαύρης πεταλούδας του είδους Pachliopta aristolochiae, μέλος της μεγάλης οικογένειας εντόμων Lepidoptera. Απαντάται στη Νότια και Νοτιοανατολική Ασία και τα φτερά της καλύπτονται από μικροσκοπικές διαστρωματώσεις οπών, οι οποίες μπορούν να συλλέξουν το ηλιακό φως σε ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών γωνιών και μηκών κύματος.

Αποδοτικότερα 3D εκτυπωμένα φωτοβολταϊκά πάνελ, δομημένα όπως τα φτερά της μαύρης πεταλούδας new design for more efficient solar cells takes inspiration from the black butterfly and 3d printing 3

Ο ήλιος είναι γνωστό πως αποτελεί μια άπλετη, αστείρευτη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας. Το μόνο που χρειάζεται είναι να βρεθούν οι τρόποι για να αξιοποιηθεί σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο βαθμό. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα απορροφούν τις ηλιακές ακτίνες μέσα από μια προσπάθεια που έχει ξεκινήσει εδώ και πολλά χρόνια. Μέσα σε όλα αυτά όμως τα θετικά στοιχεία, υπάρχει και ένα βασικό αρνητικό που δυσχεραίνει το έργο της ενεργειακής συγκομιδής. Η περιορισμένη μέχρι και σήμερα δυνατότητα των φωτοβολταϊκών πάνελ να απορροφήσουν πιο αποτελεσματικά το  ηλιακό φως ώστε να το μετατρέψουν σε μεγαλύτερα και πιο αποδοτικά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας. Ερευνητές από όλον τον κόσμο, συνεχώς, προσπαθούν να βελτιώσουν τη συγκεκριμένη τεχνολογία, με μικρά όμως βήματα την κάθε φορά.

Αποδοτικότερα 3D εκτυπωμένα φωτοβολταϊκά πάνελ, δομημένα όπως τα φτερά της μαύρης πεταλούδας new design for more efficient solar cells takes inspiration from the black butterfly and 3d printing 4

Εμπνευσμένοι από τη φυσιολογία των φτερών της μαύρης πεταλούδας και εκμεταλλευόμενοι τις τεχνικές της τρισδιάστατης σχεδίασης και της 3D εκτύπωσης, ο Siddique και η ερευνητική ομάδα του αποφάσισαν να πάρουν μαθήματα από τη μητέρα φύση και να κατασκευάσουν αποδοτικότερα ηλιακά πάνελ. Αρχικά δημιούργησαν ένα εικονικό 3D μοντέλο των φτερών του προαναφερθέντος εντόμου. Στη συνέχεια υπολόγισαν την ικανότητα απορρόφησης του φωτός που θα είχε μια τέτοιου είδους δομή, προκειμένου να κατανοήσουν καλύτερα τις οπτικές ιδιότητές τους. Το επόμενο βήμα ήταν να κατασκευάσουν μερικά 3D εκτυπωμένα ηλιακά κύτταρα από σιλικόνη, μιμούμενα τη δομή της σύνθεσης των μικροσκοπικών οπών στη μορφή ενός ενιαίου πλέγματος, ακριβώς όπως και τα πραγματικά φτερά της μαύρης πεταλούδας. Έπειτα από αλλεπάλληλες δοκιμές, έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν πως παρουσιάστηκε μια αύξηση της απορρόφησης του φωτός κατά 200% συγκριτικά με οποιαδήποτε συμβατική κατασκευαστική δομή, δίνοντάς τους το έναυσμα να εμβαθύνουν περαιτέρω στη συγκεκριμένη έρευνα και να εξελίξουν την τεχνολογία εκμετάλλευσης του ηλιακού φωτός.

Αποδοτικότερα 3D εκτυπωμένα φωτοβολταϊκά πάνελ, δομημένα όπως τα φτερά της μαύρης πεταλούδας new design for more efficient solar cells takes inspiration from the black butterfly and 3d printing 2