منسوجات هوشمند چیست؟

منسوجات هوشمند به منسوجاتی گفته می‌شود که قابلیت تغییر واکنش به محیط اطراف را دارند. این منسوجات می‌توانند با استفاده از سنسورها، میکروپردازنده‌ها، مواد هوشمند، وضعیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خود یا کاربر را اندازه‌گیری، تحلیل و کنترل کنند.

 

تولید منسوجات هوشمند یک کار پیش پا افتاده نیست. این نیاز به ترکیبی از مواد پیشرفته، روش‌های ساخت و تکنیک‌های پردازش داده دارد. معمولاً برای تولید منسوجات هوشمند، از روش‌های نساجی سنتی استفاده نمی‌شود. به جای آن، از روش‌های نانوفناوری و فرآیندهای تولید پیشرفته استفاده می‌شود. در این روش‌ها، المان های الکترونیکی به صورت مستقیم در پارچه جاسازی می‌شود.

مواد تشکیل دهنده منسوجات هوشمند

یکی از چالش های اصلی تولید منسوجات هوشمند، یافتن مواد مناسبی است که بتوانند عملکردهای حسی و حرکتی را در عین راحتی، دوام و قابلیت شستشو پوشش دهند. برخی از مواد رایج مورد استفاده برای منسوجات هوشمند عبارتند از:

نخ های رسانا: نخ هایی هستند که می توانند الکتریسیته را هدایت کنند و اغلب برای ایجاد مدارهای الکتریکی یا حسگرها در پارچه ها استفاده می شوند. آنها می توانند از سیم های فلزی، نانولوله های کربنی، گرافن یا پلیمرهای رسانا ساخته شوند.

نخ‌های پیزورزیستیو Piezoresistive : نخ‌هایی هستند که در صورت کشیده شدن یا فشرده شدن، مقاومت الکتریکی خود را تغییر می‌دهند. می توان از آنها برای اندازه گیری فشار، کرنش یا نیروی اعمال شده بر روی پارچه استفاده کرد.

 

آلیاژهای حافظه دار: آلیاژهای فلزی هستند که با گرم شدن یا سرد شدن می توانند شکل خود را تغییر دهند. آنها می توانند برای ایجاد محرک هایی استفاده شوند که می توانند پارچه ها را خم کنند، بپیچند یا منقبض کنند.

رنگدانه های ترموکرومیک: رنگدانه هایی هستند که در اثر حرارت تغییر رنگ می دهند. از آنها می توان برای ایجاد پارچه هایی استفاده کرد که با توجه به دمای بدن یا شرایط محیطی تغییر رنگ می دهند

 

رنگدانه های فوتولومینسانس Photoluminescent: رنگدانه هایی هستند که در معرض اشعه ماوراء بنفش نور ساطع می کنند. از آنها می توان برای ایجاد پارچه هایی که در تاریکی می درخشند یا الگوهای نمایشی استفاده کرد.

روش های ساخت منسوجات هوشمند

چالش دیگر تولید نساجی هوشمند، یافتن روش‌های ساخت مناسب است که بتواند مواد کاربردی را بدون به خطر انداختن زیبایی، انعطاف‌پذیری یا قابلیت تنفس در پارچه‌ها ادغام کند. برخی از روش های رایج ساخت که برای منسوجات هوشمند استفاده می شود عبارتند از:

بافندگی دیجیتال: این روشی است که با استفاده از دستگاه بافندگی کامپیوتری، لایه‌های پارچه را با ردیف‌هایی از نخ‌های استاندارد و کاربردی می‌بافد. این روش امکان نمونه سازی سریع و سفارشی سازی طرح های هوشمند پارچه را فراهم می کند.

پرینت سه بعدی: این روشی است که با استفاده از چاپگر لایه‌هایی از مواد را روی یک زیرلایه قرار می‌دهد تا یک شی سه‌بعدی ایجاد کند. این روش امکان هندسه ها و ساختارهای پیچیده ای را فراهم می کند که دستیابی به آنها با روش های مرسوم دشوار است.

 

پوشش Coating : این روشی است که یک لایه نازک از مواد را روی سطح پارچه اعمال می کند تا خواص یا عملکرد آن را اصلاح کند. این روش امکان افزودن قابلیت هایی مانند ضد آب، ضد میکروبی یا خود تمیز شوندگی را به پارچه ها می دهد.

خیاطی/گلدوزی: این روشی است که از سوزن و نخ برای دوختن تکه های پارچه یا چسباندن اجزای کاربردی مانند حسگرها، باتری ها یا ال ای دی ها به پارچه ها استفاده می کند. این روش امکان افزودن قابلیت هایی مانند روشنایی، گرمایش یا لرزش را به پارچه ها می دهد.

لطفا مقالات زیر را هم مطالعه کنید

ماشین چاپ دیجیتال بر روی پارچه ، مزیت ها و چالش ها !

پارچه های خود تمیز شونده

تکنیک های پردازش داده برای منسوجات هوشمند

چالش نهایی تولید منسوجات هوشمند، یافتن تکنیک‌های پردازش داده مناسب است که بتواند سیگنال‌های حسگرها را تفسیر کرده و محرک‌ها را در زمان واقعی کنترل کند. برخی از تکنیک های رایج پردازش داده که برای منسوجات هوشمند استفاده می شود عبارتند از:

یادگیری ماشینی: این تکنیکی است که از الگوریتم ها برای یادگیری از داده ها و پیش بینی یا تصمیم گیری استفاده می کند. این تکنیک امکان تشخیص الگوها یا فعالیت‌ها را از داده‌های حسگر و ارائه بازخورد یا راهنمایی به کاربر می‌دهد.

پردازش سیگنال: این تکنیکی است که از روش های ریاضی برای تجزیه و تحلیل، اصلاح یا بهبود سیگنال هایی مانند صدا، تصویر یا ویدئو استفاده می کند. این تکنیک امکان فیلتر کردن نویز یا استخراج ویژگی‌ها از داده‌های حسگر و افزایش کیفیت یا عملکرد محرک‌ها را فراهم می‌کند.

ارتباط بی سیم: این تکنیکی است که از امواج رادیویی برای انتقال یا دریافت اطلاعات بین دستگاه های بدون سیم استفاده می کند. این تکنیک امکان اتصال منسوجات هوشمند را به دستگاه‌های دیگر مانند گوشی‌های هوشمند، رایانه‌ها یا سرورهای ابری و تبادل داده‌ها یا دستورات فراهم می‌کند.

برخی از کاربردهای منسوجات هوشمند عبارتند از:

منسوجات پزشکی: این منسوجات می‌توانند برای درمان، تشخیص و پیشگیری از بیماری‌ها استفاده شوند. برای مثال، منسوجات هوشمند می‌توانند دارو را به صورت محلی یا سیستماتیک به بدن تزریق کنند، فشار خون، ضربان قلب، دما و سطح اکسیژن خون را اندازه‌گیری کنند، یا زخم‌ها را تسریع درمان کنند. محققان دانشگاه هاروارد بانداژ هوشمندی ابداع کرده‌اند که می‌تواند با استفاده از رنگدانه‌های ترموکرومیک و کانال‌های میکروسیالی که در پارچه‌ای مبتنی بر هیدروژل تعبیه شده است، بر بهبود زخم نظارت کرده و داروها را در صورت نیاز تحویل دهد. این بانداژ همچنین از ارتباطات بی سیم برای ارسال داده ها به یک برنامه تلفن هوشمند استفاده می کند که می تواند تحویل دارو را با توجه به وضعیت زخم تنظیم کند.

منسوجات ورزشی: این منسوجات می‌توانند عملکرد ورزشکاران را بهبود بخشیده و از آسیب‌های احتمالی جلوگیری کنند. برای مثال، منسوجات هوشمند می‌توانند سطح تعرق، دمای بدن، فعالیت عضلانی و سطح استرس را مانیتور کرده و با تغییر خصوصیات حرارتی، رطوبتی و الاستیک خود، شرایط راحت‌تر و بهینه‌تر را برای ورزشکار فراهم کنند. مثلا محققان MIT کفش هوشمندی ابداع کرده‌اند که می‌تواند وضعیت و حرکات فرد پوشنده را با استفاده از نخ‌های پیزورزیستیو که در یک پارچه بافتنی چندلایه ادغام شده است، حس کند. این کفش همچنین از آلیاژهای حافظه شکل برای ارائه بازخورد لمسی به پوشنده استفاده می کند. داده‌های حسگر توسط یک سیستم یادگیری ماشینی پردازش می‌شوند که می‌تواند حرکات و حرکات یوگا انجام شده توسط پوشنده را با دقت 99 درصد پیش‌بینی کند.

 

منسوجات نظامی: این منسوجات می‌توانند برای حفاظت، ارتباط، شب‌بینی و جاسوسی استفاده شوند. برای مثال، منسوجات هوشمند می‌توانند لباس‌های ضد گلوله، ضد سرما، ضد حرارت، ضد شعله یا ضد باکتری باشند، چراغ قوه، دوربین، گیرنده GPS  یا آنتن رادار را در خود جاسازی کرده باشند،  یا الگو و رنگ خود را با محیط تطبیق دهند.

 

راحتی هوشمند: محققان دانشگاه مریلند پارچه هوشمندی ابداع کرده اند که می تواند دمای بدن کاربر را با استفاده از رنگدانه های ترموکرومیک و الیاف پوشش داده شده با نانولوله کربنی که در پارچه پنبه ای بافته می شود، تنظیم کند. پارچه بسته به دمای محیط و ترجیح کاربر می تواند رنگ و تابش مادون قرمز خود را تغییر دهد.

برخی از برندهای معروف تولید کننده منسوجات هوشمند عبارتند از:

Google Jacquard  : یک پلتفرم منسوجات هوشمند است که توسط شرکت گوگل تولید شده است. این پلتفرم به طور خاص برای تولید لباس‌های هوشمند طراحی شده است.

Myant Inc.  :  یک شرکت کانادایی است که در زمینه تولید منسوجات هوشمند فعالیت می‌کند. این شرکت در سال ۲۰۱۸، پیراهن هوشمند Skiin را معرفی کرد.

 

AiQ Smart Clothing:  یک شرکت تایوانی است که در زمینه تولید منسوجات هوشمند فعالیت می‌کند. این شرکت در سال ۲۰۰۸، پیراهن هوشمند BioMan را معرفی کرد.

منسوجات هوشمند در حال توسعه و پژوهش هستند و پتانسیل بالایی برای افزایش کارآمدی و رفاه افراد در زمینه‌های مختلف دارند. البته این منسوجات نیز با چالش‌های فنی، اقتصادی و اخلاقی روبرو هستند که باید با توجه به نیازها و ارزش‌های جامعه حل و فصل شوند.

نتیجه گیری

منسوجات هوشمند یک زمینه نوظهور است که علم مواد، مهندسی و طراحی را برای ایجاد پارچه های سازگار و تعاملی ترکیب می کند. آنها کاربردهای بالقوه زیادی در مراقبت های بهداشتی، ورزش، مد و سرگرمی دارند. با این حال، آنها همچنین از نظر مواد، روش‌های ساخت و تکنیک‌های پردازش داده‌ها، چالش‌های زیادی را ایجاد می‌کنند. با پرداختن به این چالش ها، تولید هوشمند منسوجات می تواند امکانات جدیدی را برای افزایش رفاه و تجربه انسان ارائه دهد.