علماء يطورون بطاريات «المحمول» وطريقة لتشفير البيانات

حقق علماء من سنغافورة تطورين مهمين في مجال التقنية، الأول يمكنهم من رفع كمية الطاقة التي يمكن تخزينها في بطاريات الهواتف المحمولة وأجهزة الاتصالات المختلفة بمعدل 10 أضعاف عن الكمية الحالية، وذلك عبر ابتكار نوعية جديدة من البطاريات، يستخدم في تصنيعها مادة «الليثيوم الكبريتي» بدلاً من «الليثيوم المؤين» السائد حالياً في صناعة البطاريات، كما استطاعوا استخدام مبادئ الفيزياء ونظريات الكم بدلاً من المعادلات الرياضية في تشفير وإعادة فك تشفير البيانات، واستخدام هذا التطور في تحقيق مستويات جديدة غير مسبوقة من التأمين والحماية للبيانات المتداولة عبر شبكات المعلومات والاتصالات.

جاء ذلك في إعلانين منفصلين، أصدرتهما «وكالة سنغافورة للعلوم والتقنية والبحوث»، التي أشارت إلى أن التطور الخاص بالبطاريات أنجزه فريق من الباحثين بمختبر البيولوجيا النانوية بـ«معهد ستار للبحوث»، والتشفير الكمي للبيانات حققه فريق من الباحثين في الجامعة الوطنية السنغافورية.

الليثيوم الكبريتي

وشق الباحثون نهجاً جديداً في تصنيع البطاريات، إذ غيروا المادة المستخدمة في تصنيع جزء «الكاثود» المعروف بالبطارية، لتصبح الليثيوم الكبريتي، بدلاً من الليثيوم المؤين المستخدم حالياً، وكانت أولى النتائج المترتبة على هذا التغيير هي تبسيط العملية المعقدة المستخدمة في تصنيع البطارية، التي كانت تحتاج وقتاً طويلاً لإنتاجها، لتتم في خطوات أسرع ترفع الكثير من الأعباء التقنية والمادية عن خطوط الإنتاج. أما النتيجة الثانية فهي التخلص من أكبر عيوب البطاريات المعتمدة على «الليثيوم المؤين»، والمتمثلة في ظاهرة «عدم الاستقرار الكهروكيميائي» للبطارية المتأصلة في طبيعة المادة نفسها، التي كثيراً ما كانت تلعب دوراً مهماً في تقليل عمر البطارية، ووضع حدود أو قيود على السعة التخزينية للطاقة بالبطارية، هذا فضلاً عن بعض الاعتبارات المتعلقة بالتلف والسلامة والتسبب في بعض الحوادث.

رفع التخزين

وأظهر الكاثود المصنوع من «الليثيوم الكبريتي» قدرة ممتازة على تخزين الطاقة، إذ تبين من البحوث أن الغرام الواحد من كاثود الليثيوم الكبريتي قادر على استيعاب ما مقداره 1220 مللي أمبير من الطاقة الكهربائية في الساعة، مع ثبات شبه تام على هذه الكفاءة لأكثر من 300 دورة شحن، وهذا المعدل يتفوق بنحو 10 أضعاف عن المعدل المتحقق في حالة استخدام «الليثيوم المؤين»، الذي يستطيع الغرام الواحد منه استيعاب 140 مللي أمبير في الساعة. وحول كيفية الحصول على كاثود مصنوع من «الليثيوم الكبريتي»، قال الباحثون إنهم بنوا المادة المضيفة لليثيوم الكبريتي من الكربون أولاً، ثم أضافوا مصدر الكبريت، فحصلوا على مادة دقيقة جداً «نانوية»، مسامية مترابطة ثلاثية الأبعاد، وهذا النهج في التصنيع يمنع الهيكل الكربوني الحامل لليثيوم الكبريتي من الانهيار عند شحن البطارية.

وأوضحوا أن هذا الوضع عكس ما هو سائد في حالة استخدام «الليثيوم المؤين»، إذ ينهار الهيكل الكربوني أثناء دورة الشحن والتفريغ الأولية، ما يؤدي إلى تغيير هيكلي بالبطارية، ويجعل الكاثودات التقليدية كثيفة للغاية ومدمجة في مساحة سطح أقل ومسام أصغر، فيتجسد ذلك في النهاية في أداء أقل وسعة استيعابية أقل أيضاً.

وكشفت الأبحاث أن كاثود الليثيوم الكبريتي يوفر قدرة أعلى بنسبة 48% مقارنة بالكاثود التقليدي في الثبات الهيكلي، واستيعاب الطاقة المطلوب تخزينها. وقال رئيس الفريق البحثي، الدكتور جاكي يي ينج، إن تقنية الكاثودات الكبريتية لها تأثير قوي على الأداء الكهروكيميائي في بطاريات الليثيوم والكبريت.

التشفير الكمي

إلى ذلك، غير الباحثون في جامعة سنغافورة الوطنية من الأساسيات المستخدمة في عملية تشفير وفك تشفير البيانات، إذ طرحوا نهجاً جديداً قائماً على استخدام مبادئ الفيزياء بدلاً من مبادئ الرياضيات في عملية التشفير وفك التشفير. وبعبارة أخرى، استخدموا مبادئ الفيزياء والنظريات الكمية الفيزيائية في تصنيع مفاتيح تشفير وتأمين، بدلاً من استخدام المعادلات الرياضية، انطلاقاً من أن وحدات «كيو بتس» التي تعتمد عليها نظريات الكم الفيزيائية أكثر قدرة وكفاءة في التشفير من وحدات «بيت» التي تعتمد عليها المعادلات الرياضية. وقال الباحث المشارك في الفريق، الدكتور الكسندر لينج، إن النتائج الإيجابية تشير إلى أن شبكات الألياف التجارية الحالية جاهزة لاستخدام الأسلوب الجديد، لافتاً إلى أن هذا الأسلوب سيحمل اسم «كيو كيه دي». وأضاف أن الفريق البحثي يعمل الآن على تطوير نتائج حالات الاستخدام الفعلي لنشرها في الخدمات الحكومية والمصرفية والعسكرية والأمنية.

تطبيق مراسلة

عقدت شركة «كيو لاب» للأمن الإلكتروني اتفاقية مشاركة مع شركة «تيك ماهيندرا» لتطوير تطبيق مراسلة عبر الفيديو، مؤمَّن بالمعيار الجديد القائم على التشفير الكمي.

وقال الرئيس التنفيذي لشركة «كيو لاب»، فيكرام شارما، إن المعيار الجديد يجعل الأجهزة والشبكات مؤمنة ضد هجمات التشفير الجديدة.