منسوجات فنی و منسوجات الکترونیکی

منسوجات فنی پارچه هایی هستند که فناوری ها و قابلیت های جدید را در یک پارچه سنتی ادغام کرده اند. گاهی اوقات به آنها «منسوجات فنی» یا «پارچه های فنی» گفته می شود؛ بیشتر منسوجات فنی در کاربردهای نظامی یا صنعتی به کار برده می شوند. از منسوجات فنی در کاربردهای مختلفی استفاده می شود که استفاده از آنها در ساخت محصولات زیست پزشکی، اتومبیل ها، هواپیماها، وسایل الکترونیکی، لباس و مبلمان منزل تنها بخشی از کاربردهای گسترده این منسوجات محسوب می شود.

منسوجات محصولاتی هستند که در اصل از الیاف ساخته می شوند. این الیاف برای اینکه به نخ تبدیل گردند به هم تابانده می شوند؛ سپس می توان این نخ ها را برای تبدیل به پارچه به هم بافت یا به هم تاباند. وقتی به پارچه نگاه می کنید به سادگی این موضوع را نادیده می گیرید که پارچه از هزاران یا میلیون ها الیاف کوچک ساخته شده است. اما الیاف مهم ترین جزء منسوجات هستند.

انتخاب الیاف و نخ ها نقش مهمی در تغییر رفتار منسوجات دارد. بیشتر منسوجات فنی در سطح الیاف توسعه پیدا می کنند. با اصلاح الیافی که حتی از موی سر انسان هم نازک تر هستند، عملکرد یک پارچه به طرز چشمگیری تغییر می کند.از زمان ظهور پلاستیک های مصنوعی، منسوجات فنی هم به بازار عرضه شده اند. اولین نمونه الیاف که برای کاربردهای پیشرفته ساخته شد، نایلون است.

همان طوری که نیروی هوایی به عنوان یکی از اجزای مهم نیروهای مسلح در حال توسعه بود، چترهای نجات نیز روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می شدند. چتر نجات از پارچه ابریشمی بافته شده ساخته می شد. محققان می خواستند یک جایگزین مصنوعی برای ابریشم بسازند که کیفیت آن قابل کنترل باشد، منابع آن به وفور یافت شود و محکم تر از ابریشم باشد. در این زمینه نایلون منبعی ایده آل بود که به منظور جلب رضایت بازار به سرعت توسعه پیدا کرد.

با این حال به رسمیت شناختن نایلون به عنوان جایگزین ابریشم سریعاً مردم را به این فکر واداشت که به دنبال جایگزین کردن سایر محصولات ساخته شده از ابریشم با نایلون باشند. جوراب ساق بلند زنانه در آن زمان بسیار محبوب و نسبتاً گران بود، به همین دلیل به عنوان یک بازار احتمالی برای نایلون در نظر گرفته شد. این موفقیت تا اندازه ای بود که تنها در عرض چند سال مردم به این کالاها، جوراب ساق بلند «نایلونی» می گفتند.

این موفقیت شگرف مدیون دوام استحکام بیشتر نایلون در مقایسه با ابریشم بود.در اوایل قرن بیستم نایلون دیگر به عنوان یک منسوج فنی در نظر گرفته نمی شد، بلکه یک نوع الیاف کالایی به حساب می آمد. این روال همچنان ادامه دارد: با رایج شدن و مقبولیت فناوری های جدید، دیگر آنها جزء فناوری های های پیشرفته محسوب نمی شوند. آنچه که در ابتدا یک محصول کاربردی خارق العاده به شمار می رفت، طی چند سال یا چندین دهه به امری عادی تبدیل گردید.

راحتی به واسطه فناوری

یکی از مهم ترین کاربردهای منسوجات فنی ایجاد راحتی در لباس است. در حالت کلی دو مورد نقش مهمی در راحتی لباس ایفاء می کنند: تعریق و دما. یک لباس راحت رطوبت بدن را جذب خود کرده و دمای سطح بدن را به خوبی حفظ می نماید.

کنترل رطوبت

پلی تترا فلورو اتیلن توسعه یافته از آزمایشگاه ها به به داخل لباس ها راه یافته است. PTFE همان ساختار شیمیایی تفلون است، اما وقتی گسترش پیدا می کند دارای برخی ویژگی های منحصر به فرد می شود. گور این فناوری را با نام غشاء گورتکس رواج داد.

در واقع ایده اصلی این است که هر غشاء متشکل از سوراخ های بسیار ریزی است. این سوراخ ها اجازه عبور بخار آب را می دهند، اما آنقدر کوچک هستند که قطرات آب نمی توانند از آنها عبور کنند. چنانچه شخصی که این لباس را پوشیده عرق کند، بخار آب می تواند از این غشاء عبور کند. اما اگر باران ببارد قطرات آب نمی توانند از آن غشاء رد شده و فرد را خیس کنند.

کنترل دما

استفاده از موادی که فاز متغیر دارند، راهی مناسب برای کنترل دما در یک لباس محسوب می شود. بدین منظور مواد مومی میکروکپسوله شده در پارچه گنجانده می شوند. زمانیکه موم مذاب است انرژی حرارتی را به خود جذب می کند؛ در واقع ماده با جذب گرما به شکل موثری بدن را خنک می نماید. بالعکس وقتی موم مذاب جامد می شود، در عین حالی که در حال خنک شدن است گرما را آزاد می کند.

در نتیجه این ماده، دما را در یک محدوده خاص حفظ می کند و به شکل موثری باعث حذف پیک های سرما و گرما می شود.روش هایی نیز وجود دارند که به شکل فعالانه ای دمای لباس را تغییر می دهند. فضانوردان، خلبانان آزمایش کننده هواپیما و رانندگان ماشین های مسابقه ای مدتی است که از لباس های خنک کننده استفاده می کنند. لوله هایی خنک کننده در این لباس ها تعبیه شده و یک پمپ مایع خنک کننده را به سراسر لباس انتقال می دهد. دستگاه های حرارتی الکتریکی نیز در این لباس ها تعبیه شده اند.

منسوجات الکترونیکی (E-Textiles)

برخی از امکانات هیجان انگیزتر با استفاده از الکترونیک مدرن و فناوری های رایانه ای در لباس حاصل می شوند. عنصر کلیدی در این زمینه استفاده از الیاف یا نخ هایی است که رسانای الکتریسیته می باشند؛ این الیاف سیگنال های الکتریکی را در سراسر لباس انتقال می دهند و همین امر امکان کارآیی منابع قدرت، تجهیزات رایانه ای و سیستم های نمایشی انعطاف پذیر را در داخل اینگونه لباس ها فراهم می کند.

از مواد رسانا به شکل الیافی مانند الیاف فلزی، کربنی یا پلیمرهای رسانا مانند پلی لاین می توان به عنوان سیم کشی داخل یک تکه پارچه استفاده کرد. این سیم ها می توانند جریان الکتریسیته را به اجزای مختلفی مانند حسگرها، محرک ها یا تراشه های رایانه ای که در داخل لباس تعبیه شده اند، منتقل کنند. دستگاه های ارتباطی بی سیم توانایی انتقال اطلاعات را به داخل و خارج لباس دارند.

مثلا شرکت Infineon Technologies، در حال توسعه روشی برای ادغام دستگاه های تشخیص حرکت در فرش است. از این فناوری می توان برای اهداف مختلفی استفاده کرد؛ مثل روشن شدن فرش هنگام ورود شخصی به اتاق و شناسایی افراد مزاحم. این تراشه علاوه بر تشخیص حرکت می تواند دما را نیز اندازه گیری کند که یکی از کاربردهای جالب آن روشنایی کف اتاق در صورت وقوع آتش سوزی است؛ این فناوری می تواند مسیری مطمئن را به ساکنین خانه نشان دهد.

ماژول های تشخیص حرکت در پشت فرش بافته می شوند. سیم های قرمز ولتاژ را تامین می کنند، سیم های سبز اطلاعات را حمل می کنند و سیم های آبی پایه و اساس نشان دهنده اینفینئون ماژول تشخیص حرکت هوشمند فرش محسوب می شوند. زمانیکه سیم سبز لمس می شود یک حسگر خازنی در ماژول آن را تشخیص داده و چراغ LED قرمز را روشن می نماید.

الیاف نوری را می توان به گونه ای در ساختار پارچه گنجاند که طرح هایی نوری بر روی سطح پارچه ایجاد کنند. با کنترل مناسب می توان سطح پارچه را به شکل موثری به یک صفحه تلویزیون یا نمایشگر رایانه تبدیل کرد. شرکت France Télécom با ساخت یک صفحه نمایش پارچه ای به این رویا جامه حقیقت پوشانده است. نهایتاً می توان این فناوری را در لباس های روزمره یا وسایل منزل گنجاند. یک پیراهن ساده تجاری را تصور کنید که تنها با فشردن یک کلید به یک لباس چشمک زن و پویا تبدیل می شود. پرده ها و کاغذ دیواری ها می توانند به راحتی به واحدهای نمایشگری تبدیل شوند که به صورت آنی و بنا بر خواسته فرد طرح و رنگ آنها تغییر می کند.

مگی اورت (Maggie Orth) بدین منظور منسوجات Electric Plaid را توسعه داده است. منسوجات Electric Plaid با کنترل فیبر نوری کار نمی کنند، بلکه با کنترل رنگینه های حساس به دما فعالیت انجام می دهند که خود یکی دیگر از کاربردهای منسوجات فنی محسوب می شود. رنگ رنگینه های حساس به دما براساس سرد یا گرم شدن پارچه تغییر می کند. منسوجات Electric Plaid دارای رشته های گرمایشی و سرمایشی هستند که در پارچه تعبیه شده اند. در واقع اورت پارچه ای ساخته که با تغییر درجه ای گرما و سرما در مکان های مختلف، به آرامی در طول روز تغییر رنگ و طرح می دهد.

حسگرهای جاسازی شده

برای ایجاد چنین پدیده های متفاوت و جالبی چه از نظر محتوای اکسیژن و چه از نظر محتوای دما، می توان حسگرها را به شکل الیاف درآورد. معمولاً این ها فیبرهای نوری هستند که دارای توری های پراش براگ می باشند و می توانند به راحتی تغییرات کوچک محیطی را اندازه گیری کنند. از آنجاییکه این مواد به صورت فیبر نوری تولید می شوند، می توانند در لباس ها گنجانده شوند. تعدادی از شرکت ها مانند Big Light و SensaTex این حسگرها را در لباس های زیر جاسازی کرده اند تا این الیاف از نزدیک بدن انسان را لمس کنند.

امکان انتقال اطلاعات دریافت شده توسط این حسگرها به جاهای دیگر نیز وجود دارد. برخی از کاربردهای حیاتی این الیاف شامل ادغام این الیاف در پوشاک نوزادان به منظور هشدار سریع در برابر SIDS (سندرم مرگ ناگهانی نوزادان) و لباس های سربازان است. در هر دو مورد می توان اطلاعات را به والدین یا فرمانده ارسال کرد تا از جزئیات مربوط به سلامتی فرد استفاده کننده اطلاع یابند.

در صورت بروز مشکل، پاسخ سریع می تواند از بروز مشکل جلوگیری کند. اگر تنفس نوزاد نامنظم شود، سیستم کنترلی به والدین هشدار می دهد تا هر چه سریع تر به کمک کودک بشتابند. اگر سرباز زخمی شود تغییرات درجه حرارت بدن و ضربان قلب به پزشکان هشدار داده می شود تا هر چه سریع تر به کمک او بیایند. در این صورت پزشکان نه تنها از وجود مشکل باخبر می شوند، بلکه به کمک سیستم موقعیت یابی که در لباس سرباز وجود دارد، می توانند او را سریع تر پیدا کنند.

این نوع فناوری ها به دنیای ورزش نیز راه پیدا کرده اند. یکی از کاربردهای بارز این منسوجات استفاده از آنها در راستای اهداف آموزشی است. هم ورزشکار و هم مربی می توانند با مشاهده تغییرات علائم حیاتی بدن، درجه و کارآیی تمرینات ورزشی را تعیین کنند. در دانشگاه فنی تامپره فنلاند، محققان یک دست لباس اتوموبیل برفی ساخته اند که شامل حسگر مکان، فرستنده و شتاب سنج برای تشخیص تصادفات است. در صورت بروز تصادف، این لباس تماسی اضطراری برقرار می کند که شامل محل تصادف ورزشکار و علائم حیاتی بدن اوست.

منبع قدرت

همزمان با توسعه کاربردهای جدید و جذاب الکترونیک در منسوجات، نیاز این دستگاه ها به نیروی الکتریکی نیز باید تامین شود. چندین رویکرد جالب در زمینه توسعه وجود دارد که در آینده به بار خواهند نشست.تعداد معدودی از شرکت ها، باتری های بسیار نازک و انعطاف پذیری تولید کرده اند که به اندازه برچسب های نفوذی کوچک هستند. اگر چه این باتری های انرژی زیادی تولید نمی کنند، اما انرژی تولید شده توسط آنها برای اداره دستگاه های الکتروکرومیک یا حتی فیبرهای نوری کوچک کافی است.

تغییرات جدید در این زمینه تنها به تولید باتری ها محدود نمی شوند. یکی از این فناوری های جالب ژنراتوری است که به کفش متصل می شود. یک ژنراتور با چرخش آهنربا در داخل یک سیم پیچ، انرژی الکتریکی تولید می کند. بنابراین نحوه کار ژنراتور متضاد با این ایده است که با پیچاندن سیم به دور یک میخ و عبور جریان الکتریسیته از سیم، آهنربا ساخته شود.

هدف ساخت کفش پاشنه بلندی است که پاشنه آن بتواند به سمت بالا و پایین حرکت کند و در هر زمانیکه فرد با قدم برداشتن پاشنه کفش را به سمت بالا فشار می دهد، آهنربا در داخل یک سیم پیچ حرکت کرده و جریان الکتریسیته تولید شود. سپس می توان برای تامین انرژی الکتریکی لباس، کفش را به آن متصل کرد. البته این ایده چند مشکل دارد؛ اولاً سیم هایی برای اتصال کفش به لباس مورد نیاز است که قطعاً ظاهری ناخوشایند به لباس می بخشند، دوماً ممکن است پاشنه کفش بزرگ تر از حد طبیعی باشد که باز کفش ظاهری ناخوشایند پیدا خواهد کرد.

در ضمن می توان جریان الکتریسیته را از طریق فرآیندی که به اثر See-beck معروف است، از انرژی گرمایی به دست آورد. در اثر See-beck، دو ماده رسانای مختلف به هم متصل می شوند و زمانیکه دمای بین آنها متفاوت باشد جریان الکتریکی به وجود می آید.

استفاده از این فناوری برای محیط های با آب و هوای سرد بسیار مناسب است؛ چرا که می توان با قرار دادن یکی از رساناها در قسمت بیرونی کت که سرد است و رسانای دیگر در قسمت داخلی کت پوشیده شده توسط فرد که گرم است جریان الکتریسیته تولید کرد. با استفاده از این اختلاف دما می توان جریان الکتریسیته ای را تولید کرد که برای موارد مختلفی مانند شارژ تلفن همراه، شارژ ام پی تری پلیر یا یافتن مشخصات فرد از طریق سیستم موقعیت یاب جهانی مناسب است.

اثر Peltier نقطه مقابل اثر See-beck است که در آن می توان از جریان الکتریسیته برای ایجاد دما استفاده کرد؛ اما نه مثل بخاری بلکه مثل کولر. دستگاه Peltier با انتخاب مواد رسانای مناسب می تواند نسبت به محیط اطرافش سرد شود و به همین دلیل می توان از آن برای ساخت یک سیستم خنک کننده انعطاف پذیر استفاده کرد. چنین وسایلی را می توان در پارچه ها جاسازی نمود.

شرکت های مختلفی به تولید سلول های انعطاف پذیر خورشیدی دست زده اند. سلول های خورشیدی نور را به برق تبدیل می کنند. اما اینکه آنها انعطاف پذیر ساخته شوند باعث می شود تا بتوان از آنها در لباس ها و اکسسوری ها استفاده کرد. اخیراً فردی به نام با نام لورن سیبا یک کیف شانی ساخته که دارای سلول های خورشیدی انعطاف پذیری در بند آن می باشد و سیم های هدایت کننده ای دارد که به یک پایه تلفن همراه منتهی می شوند. این کیف به سلول های خورشیدی امکان می دهند تا تلفن همراه را در زمانیکه از آن استفاده نمی شود، شارژ کنند.

آینده منسوجات فنی

هنوز مشخص نیست که منسوجات با تکنولوژی پیشرفته چه آینده ای پیش رو خواهند داشت. ممکن است به سمت ایده های بسیار پیشرفته ای مانند ساخت کراوات ها از الیاف نیمه رسانا حرکت کنیم که به لباس اجازه می دهند تا دو برابر حافظه یک رایانه اطلاعات را در خود ذخیره کند.

ممکن است نخ هایی ساخته شوند که دارای رفتاری شبه عضلانی باشند که به آنها امکان انقباض را می دهد و همین باعث می شود تا آستین پیراهن قدرت یا سرعت بیشتری به فرد بدهد. آنچه که مسلم است این است که بالاخره اکثر پیشرفت های فنی به محصولات منسوج راه پیدا می کنند، زیرا همگان باید لباس بپوشند.