الألبسة الذكيَّة

- نوع جديد من الألبسة قد نراه قريبًا!

طوّر باحثون من جامعة RMIT University في أستراليا تقنية في صناعة أنسجة قابلة للدمج مع أجهزة إلكترونية، وتتصف التقنية بتكلفة منافسة وقابلة للتطور، الجميل في الأمر أن ثلاث دقائق كانت كافية لإنتاج قطعة نسيج بأبعاد 10x10cm مقاومة للماء، لينة وقادرة على العمل بتوافق مع تقنيات توليد الطاقة.

صورة1:

تميزت التقنية باستخدامها لمكثفات الجرافين الفائقة، التي تعرف باستقرارها وتخزينها العالي وإمكانية دمجها بسهولة مع مولدات الطاقة الشمسية أو العادية منها، وقامت بطباعتها ليزريًا على النسيج المنتج، الباحثون ربطوا المكثف الفائق بخلية شمسية مولدين نسيجًا فعالًا وقابلًا للغسيل، وذي طاقة ذاتية وقادرًا على تخطي العوائق الحالية التي تواجه إنتاج نسيج إلكتروني من مثل هذا النوع؛ إذ أظهرت التجارب التي أجريت من قِبل الباحثين استقرارًا وفعاليةً ثابتةً مختبرين ميكانيكية النسيج، ودرجة الحرارة، وقابلية غسيله (1).

- كيف لنا أن نستفيد من ذلك؟

تنامي صناعة الأنسجة الذكية أتاح المجال لها في أن تُستخدم في العديد من التطبيقات مثل الأجهزة القابلة للارتداء، وأجهزة الرعاية الصحية، وأجهزة مراقبة الإشارات الحيوية للمريض، وأجهزة الصناعات الدفاعية، وأجهزة تتبع الموقع والحالة الخاصة بالجنود في الميادين، أضف إلى ذلك أجهزة مراقبة السائقين أو الطيارين المرهقين في أثناء أدائهم لعملهم.

وصفت الدكتورة ليتي تيكاكارا Litty Thekkakara -الباحثة في كلية العلوم من معهد ملبورن- بأن تزويد الأنسجة الذكية بأجهزة استشعار مدمجة، وأدوات اتصال لاسلكية وأجهزة رقابة صحية؛ سيتيح المجال لإيجاد حلول قوية وموثوقة في مجال الطاقة؛ إذ تعتمد الأساليب الحالية إما على خياطة البطاريات ضمن الملابس وإما على استخدام الألياف الإلكترونية، الأمر الذي يجعلها مرهقة وغير فعالة كونها تخلق مشكلات في السعة والمساحة المستهلكة، إضافةً إلى إمكانية حصول نوع من التماس كهربائي وأعطال ميكانيكية عند تعرضها لسوائل الجسم مثل العرق أو رطوبة الجو.

مضيفة أيضًا بأن مكثفات الجرافين الفائقة ليست قابلة للغسيل فحسب، بل بإمكانها توفير الطاقة اللازمة لتشغيل الألبسة الذكية، كما يمكن تصنيعها بكميات كبيرة وبوقت قليل نسبيًا ومن خلال حل التحديات المتعلقة بتخزين الطاقة في الأنسجة الإلكترونية، قد يصبح بالإمكان إطلاق جيل جديد من التكنولوجيا القابلة للارتداء والملابس الذكية (2).

صورة2:

وأضاف الأستاذ الفخري في جامعة RMIT University والأستاذ المتميز في جامعة شنغهاي للعلوم والتكنولوجيا (مين جو Min Gu) أن التقنية قد تستطيع تخزين الطاقة من مصادر متجددة للمنسوجات الإلكترونية، وقد تتيح إمكانية تصنيع أجهزة إلكترونية بصورة أسرع، عبر استخدام الطباعة بأكثر من شعاع ليزري وتقنيات التعلم الآلي (1).

صورة3:

-لكن ماذا عن طباعة الأجسام والأشكال المعقدة؟

أصبح بالإمكان اليوم إنتاج أي جسم بمقياس ميكرومتر باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد، لكن العديد من التطبيقات -لاسيما المستخدمة في الطب الحيوي- تسعى لأن تكون المواد المستخدمة في الطباعة ذات خصائص صلبة وقابلة للتعديل؛ إذ تمكن الباحثون في Karlsruhe Institute of Technology من طباعة هياكل دقيقة قادرة على تغير شكلها متأثرةً إما بدرجة الحرارة وإما بشدة الضوء.

-إذا ما الجديد في هذه التجربة؟

يعمل شعاع الليزر المركّز مثل القلم، ويكوّن الهيكل المطلوب بأبعاد ميكرومترية من المادة المستخدمة في الطابعة الثلاثية الأبعاد؛ إذ يُتحكم فيه بواسطة الكمبيوتر. 

تعاونت مجموعة البروفيسور مارتن فيجنر في معهد الفيزياء التطبيقية ومعهد تقنية النانو في Karlsruhe Institute of Technology مع متخصصين كيميائيين لتطوير عملية طباعة الهياكل المتغيرة مستخدمين موادًا خاصة مثل البوليمرات (N-isopropysycraymid) للطباعة.

الهياكل المطبوعة استجابت للتحفيز والتعديل في خصائصها عن طريق إشارات خارجية، وغيّر المركب المستخدم شكلَه عند ارتفاع درجة الحرارة، ومع المحاكاة الحاسوبية سيصبح بالإمكان توقع ردة الفعل الناتجة بدقة، ومنه تصميم جسم ذي كفاءة أعلى، إضافة لكون الأجسام المنتجة بهذه الطريقة قادرة على العمل في الوسط السائل، الأمر الذي يتيح استخدامها في الأوساط الحيوية.

يرى مارك هيبلر Marc Hippler المؤلف الأول للدراسة: أن عملية الطباعة قد تطورت إلى الحد الذي مكنهم من التحكم بالأجزاء المكونة للشكل الواحد بدقة عالية كلًا على حِدة محققين ذلك عن طريق الطباعة الحجرية الرمادية أو ما يعرف ب "grayscale lithography"؛ إذ تكون نسبة الضوء التي يتلقاها المستشعر الضوئي مختلفة من نقطة لأخرى تدريجيًا وبأسلوب مشابه للتدرج اللوني (3).

 برأيك عزيزي القارئ، هل سنشهد مستقبلًا تصبح فيه الألبسة الذكية عنصرًا من عناصر حياتنا اليومية أم أننا ما نزال بعيدين عن ذلك؟ وما التطبيقات التي ستكون لهذه التقنية؟

المصادر:

1- RMIT University. "Laser printing tech produces waterproof e-textiles in minutes: A rapid، cost-efficient and scaleable method for fabricating textiles embedded with energy storage devices." ScienceDaily. ScienceDaily، 27 August 2019.

www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190827101603.htm 

2- Thekkekara، L.V.، Gu، M. Large-scale waterproof and stretchable textile-integrated laser- printed graphene energy storages. Sci Rep 9، 11822 (2019)

هنا;

3- Karlsruher Institut für Technologie (KIT). "Movable microstructures from the printer: Microstructures can be moved by light and temperature." ScienceDaily. ScienceDaily، 29 January 2019. www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190129124956.htm