Türk araştırmacı geliştirdi: Akıllı cihazların pil ömrünü yüzde 60 artırıyor

İTÜ Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümünden 2017’de birincilikle mezun olan ve lisans tezini ultrason görüntüleme üzerine tamamlayan Ali, 2018’de Oxford Üniversitesi Malzeme Bilimleri departmanından doktora için kabul aldı.

Utku Emre Ali, nano elektromekanik sistemler üzerine sürdürdüğü doktora çalışmaları sırasında, Oxford ve Pensilvanya üniversitelerindeki bilim insanlarının iletişim teknolojilerinde kuvarsa bağımlılığı ortadan kaldırmak için geliştirdiği frekansı değiştirilebilen çok küçük boyutlu nano malzemelerle ilgili teknolojiye ilişkin deneysel araştırmayı tamamladı.

Bu yeni teknolojide, akıllı cihazlarda veri alışverişi için kullanılan, çok fazla güç tüketen ve frekanslar arasında yeterince hızlı geçiş sağlayamayan kuvars bazlı frekans sentezleyicilerin yerine, frekanslar arasında 10 kat daha hızlı geçiş yapabilen ve 1 milyon kat daha az güç tüketen nano malzemeler kullanıldı.

Türk araştırmacının deneysel olarak test ettiği teknolojinin ürüne dönüşmesi halinde akıllı telefon, kol saati, radyo, televizyon, bilgisayar, ev otomasyon sistemleri ile otomobiller gibi akıllı cihazlarda daha hızlı veri hızlarına çok daha düşük güç tüketimiyle ulaşılabilecek. Bu sayede akıllı cihazların pillerinin ise yüzde 60’a kadar daha uzun süre dayanmasını sağlanacak.

– “ÇOK KÜÇÜK BOYUTTA OLDUKLARINDAN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİ İNCELEMEK ÇOK ZOR”

AA muhabirinin sorularını yanıtlayan Türk araştırmacı Utku Emre Ali, İTÜ’den lisans tezi danışmanı Prof. Dr. Mustafa Karaman ile nano elektromekanik sistemler üzerine çalışma yaptığı sırada konuya ilgisinin arttığını, 4 yıldır da iletişim teknolojilerinde yeni olanaklar sağlayacak bu proje üzerine çalıştığını anlattı.

Hocası vefat ettikten sonra dünyadaki hangi üniversitelerde bu alanda çalışma yapıldığına ilişkin araştırma yaparken Oxford Üniversitesinde şu anda doktora danışmanı olan hocasıyla karşılaştığını dile getiren Ali, onunla yaptığı mülakatlar sonucunda projenin kendisine verildiğini söyledi.

Faz değiştiren nano malzemelerden de bahseden Ali, “Bu malzemeler günlük hayatta birçok yerde kullanılıyor. Mesela, CD ve DVD’lerin arkasına baktığınızda bu parlak renkli malzemeler, faz değiştiren malzemeler ve genellikle de veri depolama için kullanılıyor. Çünkü bu malzemenin iki tane katı fazı var. Birisi amor ve düzensiz bir yapı, birisi de düzenli kristal bir yapı. Bu ikisinin arasında da elektriksel, optik ve mekanik olarak özellik farkları var. Elektriksel ve optik özellik farkları bugüne kadar çok fazla kullanıldı. Bilindiği gibi CD ve DVD’ye bir kere veri yazdığımızda 10-15 sene hiçbir elektronik güce, bataryaya ihtiyaç duymadan burada veri depolayabiliyoruz. Bilgisayardaki veri depolama sisteminin aksine.” diye konuştu.

Danışman hocasının 11 yıl önce bu malzemelerin mekanik özelliklerini kullanarak geliştirdiği nano malzemenin patentini aldığını belirten Ali, “Ama bunu deneysel olarak kanıtlamak çok zordu. Bunlar nano boyutta oldukları için çok küçük, kalınlıkları bir saç telinin binde biri kadar. Öyle olduğu için bunların mekanik özelliklerini incelemek çok zor. Deneysel, elektronik ve mekanik bilgi gerektiriyor.” ifadelerini kullandı.

– FARKLI BİR NANO MALZEMEYLE PİL ÖMRÜ YÜZDE 100’E KADAR ARTIRILABİLİR

Utku Emre Ali, akıllı saatler ve telefonlar ile dronlar gibi akıllı cihazların birbirleriyle iletişim kurmaları ve veri alışverişi yapabilmeleri için çeşitli frekansları sentezlemeleri gerektiğini belirtti.

Bu frekansları sentezleyen elektrik devrelerinin çok güç harcadığına, telefonlarda en çok güç harcayan devrelerden birinin de bu olduğuna dikkati çeken Ali, buna ilişkin “Telefonumuzu hiçbir veri alışverişinin olmadığı, iletişim kuramadığımız uçak moduna aldığımızda bataryaların ömrü çok uzun sürüyor.” şeklinde bir örnek verdi.

Ali, İngiltere’de bir üniversitede yapılan araştırmanın da akıllı cihazlardaki frekans sentezleyicilerin bataryaların yüzde 70-80’ini tükettiğini ortaya koyduğunu aktardı.

İletişim devrelerinin fazla güç harcamasının nedenini araştırdıklarını anlatan Ali, şöyle devam etti:

“Bu frekans sentezleyen devreler kuvars kristallerine dayanıyor. Kuvars kristalleri çok fazla güç harcıyor. Çünkü bunlar çok büyük boyutlu. Projemizdeki cihazların boyutu saç telinin binde biri kadarken kuvars kristalleri yarım santim, yarım santim boyutlarında bir küp. Kuvars kristallerine bir birim güç gerekiyorsa bizim cihazlarımıza 1 milyon kat daha küçük bir birim enerji gerekiyor. Bu da çalışma verimini oldukça artırıyor. Dedik ki ‘Eğer bu frekans sentezleyicilerin gücünü 1 milyon katına indirebilirsek bunu da daha güvenilir bir nano malzemeyle gerçekleştirirsek bu güç tüketimini oldukça düşürebiliriz ve cihazların pil ömrünü de daha fazla uzatabiliriz’ Mesela, gündelik hayatta kullandığımız akıllı cihazları en fazla 10 saat kullanabiliyorsak -telefonla konuşma süresi olarak- bu cihazlar eğer ürüne dönüştürülürse şu anki teknolojiyle 16 saate kadar çıkabilir. Belki daha farklı nano malzemeler bulunursa bu süre daha da uzayabilir, belki 20 saate çıkabilir.”

– AFET BÖLGELERİNDE UZUN SÜRE İNTERNET ERİŞİMİ İMKANI

Araştırmacı Utku Emre Ali, bu teknolojinin sadece akıllı cihazlarda değil afet bölgelerinde de internet erişimi için kullanılabileceğine dikkati çekti.

5G teknolojilerinin amacının da afet bölgelerine dronlar sayesinde internet iletebilmek olduğunu belirten Ali, “Bunlara taşınabilir baz istasyonları diyorlar. Dronlar zaten yeterince güç harcayan cihazlar. Dronların motorlarını ve pervanelerini kullanmak için güce ihtiyaçları var. Bir de bu frekans sentezleyicilerle birlikte baz istasyonu olarak kullanıldığında çok daha fazla güç harcayan cihazlar olacaklar. Dronları sürekli geri çağırıp bataryalarını değiştirip tekrar göndermek istenen bir şey değil. O yüzden afet bölgelerinde çok daha uzun süre internet ulaşımını sağlayabilir. Çünkü o zaman dronlar sadece pervanelerini döndürmeye belki de güç harcayacaklar. İletişim devrelerindeki güç milyonda birine düşürülmüş olacak.” değerlendirmesini yaptı.

Ali, bu teknolojinin şimdilik iletişim alanında kullanılabileceğini fakat ileride bilim insanlarının nano malzemeleri kuantum hesaplamaları gibi farklı teknolojilerde kullanma ihtimalinin de olduğunu sözlerine ekledi.