בשנת 2007 התבונן אריק הנדרסון בעלים בצורת לב של אדמת אדומה מרשרשת ברוח מחוץ לביתו באיווה. משב רוח חלף, מסובב סביב ענפי העץ, וגורם לעלים להתנודד בזרם האוויר הסוער.
"וזה גרם לי לחשוב, " הוא אומר.
הנדרסון, ביולוג מולקולרי מאוניברסיטת איווה, החל לשחק עם הרעיון לקצור את המשבים האקראיים האלה. "זו לא רוח שתראה אי פעם טורבינה מכיוון שהיא נמוכה עד היסוד והיא עוברת סעדות קטנות ומערבולות", הוא אומר. אבל עדיין יש שם אנרגיה.
זה התחיל אותו באובססיה לעלים - בחינת צורותיהם, האווירודינמיקה, התנודות בזמן הפרובוקציה הקלה ביותר. הוא גייס שני חוקרים נוספים מהאוניברסיטה, קרטיס מושר ומייקל מקלושקי, כדי לעזור לו, וביחד, פרח הרעיון של יער פו. הרעיון היה שעל ידי יצירת עלים מחומרים מסוימים, הם יכולים לקצור את האנרגיה מעל גבעולי העלה המתכופפים.
הכל תלוי בשיטה המכונה פיוזואלקטריקה, שקיימת כבר למעלה ממאה שנה. גילה ז'אק ופייר קארי בשנת 1880, הם שימשו במגוון גאדג'טים - החל מהפונוגרפים המוקדמים (שם הפיזואלקטריקה הפכה את הרטט מהמחט לזרם חשמלי) ועד להצית מציתים.
הרעיון מבוסס על מניפולציה של חומרים שיש להם מערך קבוע של קשרים קוולנטיים, חיבור כימי בו שני אטומים חולקים אלקטרונים. "בגביש, כל אותם [קשרים] נמצאים במצב מסודר מאוד", אומר הנדרסון. "אם אתה לוחץ את זה, או דוחף אותו, או מצבץ אותו, הוא משתנה." ואם נעשה שימוש נכון, ההסעה הלוך ושוב של אלקטרונים יכולה לייצר חשמל.
היסודות של רעיון החוקרים היו פשוטים: בנו גנרטור חשמל בצורת עץ עם עלי פלסטיק שיש בהם גבעולים עשויים מפוליווינילדן פלואוריד (PVDF), סוג של פלסטיק פיזואלקטרי. גשש את העץ בחוץ בכל אזור עם רוח ונקטף את האנרגיה כאשר העלים המזויפים מתנדנדים קדימה.
אך כפי שפרסמו לאחרונה בכתב העת PLOS ONE, המצב הרבה יותר מסובך. "הכל נשמע נהדר עד שאתה מנסה לעשות את הפיזיקה, " אומר הנדרסון.
עלי העץ הביומימטי, שעוצבו לפי עלי עץ כותנה, סומכים על תהליכים פיזואלקטריים לייצור חשמל. (כריסטופר גנון) הבעיה הראשונה היא התנאים הנחוצים לייצור חשמל בפועל, מסביר מקלושקי, שהוא גם סופר על העיתון. אף שהעלים מתנופפים ברוח, מייצרים כביכול חשמל, הדרך היחידה להשיג אנרגיה שימושית היא מהתכיפות הגבוהה, כיפוף רגיל של גבעולים - מצב שכמעט ולא נמצא בטבע.
מסתבר גם כי כמות האנרגיה המופקת עשויה להיות קשורה למהירות התכופפות של הגבעולים. כאשר הקימו מאוורר כך שהלהבים שלו יוכלו למעשה להכות את העלה בזמן שהוא מסתובב, הם הצליחו להדליק נורית LED. אבל שוב, זה לא מצב שכיח באופיו.
יש גם משהו המכונה קיבול טפילי, הוא מסביר. כמו בן משפחתה, תופעה זו דומה לעלוקה המוצצת את כוח החיים מתוך יצור חסר אונים. למרות שכביכול הרוח יכולה לייצר אנרגיה רבה ככל שהעלים מתנדנדים, השפעות טפיליות שונות - כמו העלה המנופף לכיוונים מרובים - גונבים לגימות של אנרגיה זו ובכך מבטלות למעשה את המטענים החשמליים. ובסופו של דבר בקושי נשאר דבר.
למען האמת, איסוף שאריות האנרגיה הללו רחוק ממש רוח. בשל אופי החומרים, אנרגיה הולכת לאיבוד במהלך העברה לסוללה. ולמרות שהם יכולים להטעין סוללה קטנה, מקלוקי אומר שזה ייקח "עידן קרחוני."
קרטיס מאשר (משמאל), אריק הנדרסון (אמצע) ומייק מקלוקסי (מימין) הרכיבו עץ ביומימטי אבטיפוס המייצר חשמל. על פי החוקרים, הטכנולוגיה עשויה לפנות לשוק נישה. (כריסטופר גנון) כאשר הצוות פעל ללא לאות כדי לפצות על הבעיות הללו, הם התחילו לראות אחרים רודפים אחר אותו רעיון. ולמרות שכמה ניסיונות טובים יותר מאחרים, נראה שיש הרבה אוויר חם מבחינת מה שאנשים טוענים שהם מסוגלים לעשות עם הטכנולוגיה הזו, לפי הנדרסון ומקלוזקי.
יש אפילו חברות הטוענות כי הן מסוגלות לרתום בפועל את האנרגיה הזו. אחד, שנקרא SolarBotanic, מקווה להתחתן עם שילוב שאפתני של טכנולוגיות אנרגיה על כל עלה של העץ המזויף שלהם: אנרגיה סולארית (פוטו-וולטאיקה), כוח חום (תרמו-אלקטרו) ופיזואלקטריה. הבעיה, מסביר מקלושקי, היא שבהשוואה לאנרגיה סולארית, הפיזואלקטריקה מייצרת כמות זעירה של אנרגיה. החברה הוקמה בשנת 2008. תשע שנים לאחר מכן, יער הדק עדיין לא התממש.
בשנה שעברה זכה מנאאסה מנדו באתגר המדענים הצעיר לשנת 2016 עם איטרציה דומה של עץ דמוי-יצר אנרגיה. אך גם היא הכירה במגבלות הפיוזואלקטריקה, תוך שילוב תאים סולריים גמישים במכשיר.
"אני לא חושב שמדובר במושג רע שיש צמח [מזויף] או אפילו צמח אמיתי שמשתנה", אומר מקלוסקי. "זו רק התוכנית הספציפית הזו של פיזואלקטריות - אני לא חושבת שהיא תעבוד עם חומרים עדכניים."
הצוות, לעומת זאת, עובד גם על זווית אחרת: סינתזה של חומר שמחקה חלבון שנמצא באוזן האנושית, שהוא חיוני להעצמת הצליל. אף על פי שהפרטים שיכלו למסור אודות הפרויקט מוגבלים עקב חשיפות המצאות ממתינות, מקלושקי יכול לומר כי לחומר יש יעילות פיוזואלקטרית פי 100, 000 מהמערכת הנוכחית שלהם.
על ידי שלילת השיטות הקיימות לפיזואלקטריה, הצוות הוא צעד אחד בדרך לחישוב הדרך הטובה ביותר להתמודד עם העצים. כפי שאדיסון טען כביכול בזמן שנאבק בפיתוח סוללת אחסון: "לא נכשלתי. מצאתי זה עתה 10, 000 דרכים שלא יעבדו. "
מקלוסקי מוסיף: "זה אחד מאותם 10, 000."
