بررسی و مطالعه مواد نساجی در کاربردهای نوین محصولات هوشمند

منسوجات هوشمند ساختارهائی هستند که شرایط محیطی را احساس, و نسبت به آنها واکنش نشان می دهند

● چکیده

منسوجات هوشمند ساختارهائی هستند که شرایط محیطی را احساس، و نسبت به آنها واکنش نشان می‌دهند. بسته به نحوه واکنش، منسوجات هوشمند به چند دسته تقسیم می‌شوند:

ـ منسوج هوشمند غیرفعال که تنها شرایط محیطی را حس می‌کند.

ـ منسوج هوشمند فعال که شرایط محیطی را حس و واکنش نشان می‌دهد.

ـ منسوج هوشمند بسیار فعال که شرایط محیطی را حس و واکنش نشان می‌دهد و خود را با آنها سازگار می‌کند.

ـ منسوج فوق‌العاده هوشمند که قادر به انجام وظیفه براساس یک طرح از پیش تعیین شده است.

منسوجات هوشمند کاربردهای بسیاری در زمینه‌های پزشکی، نظامی امدادی، ورزشی و .... دارند.

● مقدمه:

در بررسی تاریخچه تولید پارچه سه جهش بسیار مهم دیده می‌شود. گام اول بافت پارچه توسط انسان‌های نخستین از الیاف طبیعی مانند پنبه، پشم و بعدها ابریشم است. دوم بافت پارچه توسط الیاف مصنوعی در اواسط قرن بیستم است، که مهم‌ترین آن الیاف نایلون است. اما سومین گام تولید پارچه‌هائی است که از سال ۱۹۸۰ میلادی آغاز شده است و تا به امروز ادامه دارد. این گام انقلاب بسیار مهمی در صنعت نساجی به شمار می‌رود. در این سال‌ها الیاف ویژه (از جنس آرامید) تولید شدند، و طی سال‌های ۱۹۸۰ تا ۱۹۸۴ الیاف با عملکرد و کارائی ویژه تولید گردید. الیاف مورد نظر شرایط محیط خود را به مرکز کنترل کننده خود منتقل می‌کنند. از سال ۱۹۸۴ تا ۲۰۰۰ الیاف با تکنولوژی بالا، الیاف اکتیو، که این الیاف از دسته قبل پیشرفته‌تر هستند تولید گردید. این نوع الیاف با توجه به نوع احساس دریافت شده از محیط خود واکنش‌های خاص و تعریف‌ شده‌ای دارند. از سال ۲۰۰۴ به بعد بشر دست به ساخت الیاف با کارکرد فوق‌العاده، الیاف سوپراکتیو، زده است. در این الیاف به‌جای یک پارامتر احساسی می‌توان با تحلیل چند پارامتر متفاوت، بهترین واکنش را نشان دهند. ویژگی مشترک الیاف تولید شده پس از گام سوم، ادغام چندین علم برای ساخت یک محصول واحد است. برای ساخت این الیاف که به آنها اصطلاحاً ”الیاف هوشمند Smart Fibers“ گفته می‌شود از چندین شاخه متفاوت علم نظیر نساجی، پلیمر، الکترونیک، کامپیوتر، مکانیک و ... استفاده شده است. اما ویژگی دیگر این الیاف، که مهم‌ترین آن هم است، همانا هوشمند بودن آنهاست. از جمله تولیدات این دسته از الیاف، تولید پارچه‌هائی است که قابلیت اندازه‌گیری پارامترهای بدن (حرارت بدن، فشار خون، رطوبت بدن، تنفس و ضربان قلب) را داشته و این اطلاعات را از طریق یک سیستم ارتباطی بی‌سیم به یک کامپیوتر می‌فرستد (شکل ۱).

● چگونگی ساختار منسوجات هوشمند:

با استفاده از تکنولوژی‌های مدرن نظیر سنسورها و پردازشگرها در منسوجات نساجی، می‌توان به یک منسوج هوشمند دست یافت. در شکل ۲ نمونه‌ای از اضافه کردن سنسورها به یک پارچه را نشان می‌دهد.

اساساً ۵ واحد مجزا را می‌توان برای یک لباس هوشمند متصور شد:

۱) حس‌کننده‌ها یا سنسورها

۲) پردازشگر

۳) واحد عمل‌کننده یا بکار اندازنده

۴) انباره

۵) سیستم ارتباطی

هر واحد نقش معینی دارند ولی ممکن است که البسه هوشمند شامل همه اجزاء فوق نباشد.

▪ حس‌کننده‌ها:

حس‌کننده‌ها پارامترهای مورد نیاز را از بدن و یا محیط دریافت می‌کنند، از آن‌جا که البسه در تماس مستقیم با بدن هستند بنابراین این نوع منسوجات، وسائل خوبی برای اندازه‌گیری متغیرهای بیولوژیک بدن نظیر حرارت بدن، فشار خون، رطوبت بدن، تنفس و ضربان قلب است.

از آن‌جا که منسوجات هیچ‌گونه امکانی برای پردازش حجم بسیار داده‌های ارسالی از سنسورها را ندارند، بنابراین استفاده از قطعات الکترونیکی الزامی است. پردازشگرها در یک فرم مینیاتوری و قابل انعطاف در دسترس هستند، آنها در بسته‌بندی‌های ضدآب قرار دارند، اما هنوز هم در اصل دوام آنها محدودیت وجود دارد. در این زمینه تحقیقات به سمتی پیش می‌رود که این پردازشگرها را بتوان بر روی الیاف تثبیت نمود. در این مورد بایستی بر محدودیت‌هائی نظیر دوام در برابر شستشو و تغییر شکل غلبه نمود تا بتوان آنها را به‌صورت تجاری به بازار عرضه نمود.

▪ واحد عمل‌کننده:

واحد عمل‌کننده به پالس ارسالی از طرف سنسورها واکنش نشان می‌دهد. این واحد واکنش‌ها می‌تواند شامل: ایجاد صدا، آزاد کردن مواد، به حرکت درآوردن و غیره باشد. مواد تغییر شکل دهنده حافظه‌دار، بهترین مثال در این زمینه هستند. این مواد به‌ دلیل قابلیتشان برای واکنش در برابر تغییرات حرارت، می‌توانند به‌عنوان عمل‌کننده مورد استفاده قرار گیرند و با تجهیزات یک منسوج هوشمند ارتباط برقرار کنند. چالش اصلی در مورد کاربرد عمل‌کننده‌ها این است که چه‌طور می‌توان عمل‌کننده‌های بزرگ مکانیکی را طراحی نمود که همانند ماهیچه‌های مصنوعی عمل کند. نوع دومی از این عمل‌کننده‌ها، شیمیائی هستند که در شرایط معینی، موادی را آزاد می‌کنند. این عمل‌کننده‌ها به‌طور تجاری به بازار عرضه شده‌اند. آنها موادی نظیر محصولات محافظ پوست، مواد معطر و یا مواد ضدباکتری را آزاد می‌کنند.

▪ انباره‌ها:

عمومی‌ترین فرم انباره‌ها، مکانی برای ذخیره‌ داده‌ها و یا انرژی می‌باشد. حس کردن، پردازش و واکنش نیازمند انرژی، عموماً انرژی الکتریکی، است.

منابع انرژی که برای پارچه‌ها در دسترس هستند عبارتند از: حرارت بدن، حرکات مکانیکی بدن و انرژی خورشیدی. هنگامی‌که از ذخیره انرژی نام برده می‌شود، اولین چیزی که به ذهن خطور می‌کند باتری است.

باتری‌های امروزی در حال کوچک و سبک شدن هستند، حتی نوع انعطاف‌پذیر آنها نیز در دسترس هستند، که باتری‌های لیفی طراحی شده، در یکی از دانشگاه‌های استرالیا نمونه‌ای از این باتری است.

▪ سیستم ارتباطی:

سیستم ارتباطات برای یک منسوج هوشمند می‌تواند شامل بخش‌های متعددی نظیر ارتباط بین اجزاء در داخل یک منسوج هوشمند توسط استفاده از الیاف نوری و یا نخ‌های رسانا برقرار می‌شود.

▪ کاربرد الیاف هوشمند در علم پزشکی:

در علم پزشکی استفاده‌های فراوانی از الیاف هوشمند می‌شود، مثلاً به تازگی گروهی از محققان توانسته‌اند با توجه به کاربردهای شبه‌زیستی این نوع الیاف، از آنها در ساخت اجزاء مصنوعی بدن مانند ریه (الیاف پلی‌استر یا تفلون) و ... را تولید کنند و با استفاده از همین الیاف ویروس بیماری ایدز و هپاتیت B را بدون فیلتر جدا کنند.

اما مهم‌ترین کاربرد پزشکی این الیاف استفاده از آنها در ساخت لباس‌های هوشمند پزشکی است. این لباس‌ها به

”تله مدیسین Tele Medicine“ معروفند، تله مدیسین در لغت به معنای پزشکی از راه دور است در کنار بهداشت الکترونیک، مراقبت‌های پزشکی و کنترل بهداشت از راه دور یکی از آخرین دستاوردهای علم پزشکی به شمار می‌رود، که در آن از علوم مهندسی ارتباطات، الکترونیک و کامپیوتر استفاده شده است.

به کمک تله مدیسین می‌توان بیمار را در هر نقطه‌ای از دنیا به‌صورت مداوم تحت نظر و علائم حیاتی وی از قبیل فشار خون، ضربان قلب و ... را در هر لحظه در اختیار داشت. برخی نمونه‌های پارچه‌های هوشمند:

ـ Gore Tex:

این پارچه که برای البسه رو مورد استفاده قرار می‌گیرد، حاوی غشائی از جنس کربن در داخل خود است که مانع از انتشار بوی انسان که به راحتی توسط حیوانات قابل درک است، می‌شود. این پارچه برای سیاحان و شکارچیان می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

ـ Coolmax:

این پارچه‌ها می‌توانند رطوبت بدن را اندازه‌ بگیرند. عموماً از این نوع پارچه‌ در البسه حلقوی پودی که برای دوندگان و کسانی که راهپیمائی می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. منسوج قادرست که رطوبت موجود بر روی بدن ورزشکار را منتقل و اجازه دهد که تبخیر گردد. در این صورت هیچ‌گونه احساس رطوبت در پارچه وجود نخواهد داشت.

ـ Innova:

این پارچه از جنس یک نوع پلی اولفین جدید است. این پارچه با انتقال عرق از روی پوست منجر به تبخیر آن شده و در این حالت بدن در هنگام فعالیت بدنی خنگ نگه داشته می‌شود. علاوه‌بر این بدن شخص در صبح‌های زود قبل از انجام فعالیت ورزشی به‌نحو مطبوعی گرم نگه داشته می‌شود، ضمن این‌که البسه تهیه شده از این پارچه‌ها بسیار سبک است.

ـ X-Static:

این پارچه از خواص آنتی باکتریائی فلز نقره استفاده می‌کند و از آن برای البسه پزشکی، باند زخم و نیز البسه ورزشی استفاده می‌شود. نقره با پروتئین‌ها در درون و بیرون غشای سلول باکتریائی پیوند برقرار نموده و منجر به کشتن باکتری‌ها می‌شود. از طرفی منجر به ایجاد بوئی می‌شود که آنها را برای استفاده در جوراب‌های ورزشی مناسب ساخته است.

● بحث و نتیجه‌گیری:

با توجه به پیشرفت و گسترش محدوده دانش بشری، کاربرد الیاف و منسوجات هوشمند می‌رود که در زندگی روزمره انسان به‌عنوان یک امر بدون جایگزین تبدیل شود. گسترش استفاده از این نوع الیاف در صنایع فضائی، پزشکی و زیست‌محیطی آن‌چنان قابل توجه است که در آینده نه‌چندان دور بخش اعظم تولیدات شامل این نوع محصولات می‌شود. استفاده از این الیاف و منسوجات در بعضی موارد آن‌قدر مقرون ‌به‌صرفه است که متخصصان و دست‌اندرکاران صنایع، دیگر استفاده از هیچ ماده دیگری را تصور نمی‌کنند.

تئودیک هارطنی دانشجوی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک استاد راهنما: دکتر کریمی

منابع و مراجع:

۱) http://iranknitting. blogspot.com/۲۰۰۶/۱۱/blog-post.html

۲) http://www.ayandehnegar.org/dn_۱_a. Php?news_id=۱۲

۳) http://iranknitting. blogspot.com/۲۰۰۷/۰۹/blog-post_۰۷

۴) پروژه کارشناسی ”تئودیک هارطنی“ دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک.

۵) ح. توانائی، ”فیزیک الیاف“. نشر ارکان، ۱۳۷۶.

۶) ح. توانائی، ”الیاف بشر ساخته“. نشر ارکان، ۱۳۷۶.