پیام خوزستان - ایسنا / اگرچه لباس یکی از نیازهای اساسی انسان است، به نظر میرسد این حوزه به اندازه فناوریهای دیگر با سرعت بالا پیشرفت نکرده است. با این حال، دانشمندان اکنون نوعی منسوجات چاپپذیر ساختهاند که میتواند بدن را خنک کند، حرکت را تشخیص دهد و بدون نیاز به سامانههای خارجی یا چندین لایه مجزا، برق تولید کند.
پژوهشگران دانشکده مهندسی گرینگر در دانشگاه ایلینوی، مادهای منسوج از جنس نانوماده مرکب اکسید زیرکونیوم (ZrO₂) ساختهاند که خنکسازی غیرفعال و برداشت انرژی مکانیکی ناشی از حرکت بدن را با یکدیگر ترکیب میکند.
این ماده با استفاده از خنکسازی تابشی، ۹۶ درصد از تابش ورودی خورشید را بازتاب میدهد و به این ترتیب، در فضای باز به خنک ماندن بدن کمک میکند. این ماده همچنین میتواند گرمای بدن فرد را به شکل تابش حرارتی به محیط منتقل کند.
از سوی دیگر میتواند با تشخیص الکتریسیته تریبوالکتریک ایجاد شده هنگام حرکت فرد و تماس بدن با پارچه، حرکت را تشخیص دهد. این مقدار بسیار کم برق میتواند به عنوان یک سیگنال برای فناوریهای متصل به لباس مورد استفاده قرار گیرد و به گفته پژوهشگران، حتی میتواند انرژی مورد نیاز برخی تجهیزات پوشیدنی کوچک را تامین کند.
ما تقریبا تمام زندگی خود را با لباسها میگذرانیم. بنابراین منطقی است که لباسها کاری فراتر از محافظت از بدن در برابر عوامل محیطی انجام دهند. همین ایده دانشمندان را به سمت ساخت لباسهایی با قابلیتهایی مانند پایش سلامت، سازگاری با شرایط آبوهوایی، کنترل تعاملی و ترمیم خودکار سوق داده است.
مشکل اینجا است که بیشتر این قابلیتها به سامانههای فعال و پیچیده و در بسیاری از موارد به چندین لایه مونتاژ شده با عملکردهای متفاوت نیاز دارند.
راهکار پژوهشگران دانشگاه ایلینوی، کنار گذاشتن این پیچیدگیها از طریق ترکیب چند قابلیت در یک پارچه چاپ سهبعدی شده است. هسته اصلی این ماده را نانوماده مرکب اکسید زیرکونیوم تشکیل میدهد.
اکسید زیرکونیوم دو ویژگی دارد که پژوهشگران میتوانند همزمان از آنها استفاده کنند. از نظر نوری، ضریب شکست بالای آن باعث میشود در پراکنده کردن نور خورشید بسیار موثر باشد. از نظر الکتریکی نیز ویژگیهای دیالکتریک آن به ماده کمک میکند هنگام ایجاد و قطع تماس با مادهای دیگر، بار تریبوالکتریک ایجاد و در خود جمع کند.
به همین دلیل، پژوهشگران مادهای طراحی کردند که هم برای خنکسازی تابشی و هم برای تولید برق از حرکت بدن کاربرد دارد. علاوه بر این، این ماده را میتوان با روش نوشتار مستقیم با جوهر یا Direct Ink Writing چاپ کرد؛ روشی از ساخت افزایشی که در آن ماده از طریق یک نازل، خارج و به صورت لایه به لایه ساخته میشود.
برخلاف پارچههای معمولی که بخش قابل توجهی از گرمای خورشید را جذب و آن را به بدن منتقل میکنند، این پارچه جدید ۹۶ درصد از تابش ورودی خورشید را بازتاب میدهد.
این ماده همچنین گسیلندگی ۹۷ درصدی در محدوده فروسرخ میانی دارد؛ یعنی میتواند گرمای بدن فرد را به شکل تابش فروسرخ به طور موثری به محیط منتقل کند.
پژوهشگران در شرایط تابش مستقیم خورشید در فضای باز، دمای این پارچه را حدود سه تا ۶ درجه سانتیگراد پایینتر از دمای هوای محیط اندازهگیری کردند. برای مقایسه، انسان در شرایط معمول میتواند اختلاف دمای حدود یک درجه سانتیگراد در هوا را احساس کند.
اما قابلیتهای احتمالی این ماده به خنکسازی محدود نمیشود و بخش دیگری از عملکرد آن به تواناییاش در تولید برق مربوط است.
احتمالا آن شوک الکتریکی کوچکی را که گاهی پس از کشیدن پا روی فرش احساس میکنید، تجربه کردهاید. آن شوک در واقع برق است. همین اتفاق در پارچه جدید نیز رخ میدهد؛ زمانی که فرد حرکت میکند و پوست او با پارچه تماس پیدا میکند.
تکرار این حرکت مکانیکی، یک پالس الکتریکی قابل تشخیص ایجاد میکند که حداکثر چگالی توان آن حدود ۴۷ میلیوات بر مترمربع است و خروجی الکتریکی پایدار در بیش از ۳۰ هزار چرخه عملکرد دارد.
البته این میزان برق به هیچوجه برای شارژ تلفن همراه کافی نیست، اما برای بسیاری از کاربردهای دیگر، از جمله حسگرها میتواند مفید باشد.
اگر این پارچه به حسگر مناسبی متصل شود، سیگنال الکتریکی تولید شده میتواند نشان دهد که فرد در حال حرکت است یا خیر. شدت این سیگنال همچنین میتواند میزان حرکت را مشخص کند. پارچه را میتوان به یک سامانه کنترلی نیز متصل کرد تا سیگنال تولید شده مانند یک فرمان یا محرک عمل کند. برق تریبوالکتریک تولید شده میتواند برای فعال کردن سامانههای مختلف دیگری نیز مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال، اگر این پارچه به شکل لباس خواب دوخته شود، میتواند با تشخیص میزان مشخصی از حرکت، آژیر هشدار یا سامانهای دیگر را فعال کند.