منسوجات پوشیدنی هوشمند چیست؟

مهندس شفیعی – مهندسی تکنولوژی نساجی – مدیر کنترل کیفیت واستاندارد  شرکت فرش جم

اصطلاح “منسوجات هوشمند” به حوزه وسیعی از مطالعات و محصولات اشاره دارد که کارکرد و کاربرد این نوع پارچه ها و لباس ها را توسعه می‌ دهد.

نساجی هوشمند با عنوان محصولات نساجی مثل الیاف، رشته‌ ها و نخ تعریف می‌ شود که به حالت پارچه ها و لباس های بافته، کشباف یا سوراخ دار هستند و می‌ تواند با محیط یا فرد پوشنده آن ارتباط برقرار کند. ترکیبی از منسوجات با الکترونیک که به عنوان منسوجات الکترونیکی شناخته می‌ شود می‌ تواند برای توسعه مواد هوشمند نیز قابل‌ اجرا باشد.

” منسوجات هوشمند پارچه‌ هایی هستند که با فن آوری های جدیدی تولید شده اند که مزایای بیشتر و بالاتری را به پوشنده لباس می‌ دهند.”

پارچه‌ های هوشمند و تعاملی

پارچه هوشمند موادی هستند که به محیط‌ زیست واکنش نشان می دهند. این پارچه‌ ها می‌ توانند اجزای دیجیتال و الکترونیک را در خود فعال کنند. پایلس- فریدمن از موسسه پرت می‌ گوید “آنچه که پارچه‌ های هوشمند را به یک انقلاب تبدیل کرده توانایی انجام بسیاری از کارهایی است که پارچه‌ های سنتی قادر به انجام آن ها نمی باشند، از جمله ارتباط، تبدیل، هدایت انرژی و حتی رشد”.

منسوجات هوشمند می‌ تواند به شرایط محیطی و یا محرک‌ های مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، الکتریکی و یا سایر منابع حساس بوده و واکنش نشان دهد. منسوجات هوشمند باید شامل سه جز یعنی حسگرها، عملگرها و واحدهای کنترل باشد. نساجی هوشمند چالش های مختلفی را در زمینه های گوناگون از جمله پزشکی، ورزشی، نظامی و هوافضا ایجاد کرده است.

انواع منسوجات هوشمند

منسوجات هوشمند با توجه به عملکرد آنها به چهار نوع تقسیم می شوند.

۱ – مواد هوشمند منفعل: این‌ ها موادی هستند که فقط شرایط محیطی و یا محرک ها را درک می‌کنند.

این‌ ها فقط حسگر هایی مثل تغییر رنگ، شکل، مقاومت حرارتی و الکتریکی هستند.

یک پیراهن با مقاومت گرمایی برای ثبت دمای بدن در طول زمان.

۲ – مواد هوشمند فعال: این‌ ها موادی هستند که می ‌توانند به شرایط خارجی یا محرک واکنش نشان دهند.

اگر محرک ها در بخش منسوجات هوشمند منفعل ادغام شوند، به یک پارچه فعال هوشمند تبدیل می‌ شوند چون ممکن است به یک محرک خاص پاسخ دهد.

این پیراهن، دمای اطراف را حس می‌ کند. پیراهن به هنگام دریافت دمای بالا واکنش نشان داده و آستین ها را به سمت بالا می کشاند.

۳ – مواد هوشمند: این‌ مواد قادر به اجرای سه عملکرد هستند؛ در ابتدا دارای حسگر هایی هستند که می‌ توانند سیگنال‌ ها را دریافت کنند، ثانیا، آن‌ ها قادر به واکنش دادن بر اساس سیگنال های دریافت‌ شده هستند؛ ثالثا، آن‌ ها می‌ توانند شکل، اندازه، رنگ یا عمل را مطابق با تابع داده‌ شده تغییر دهند.

۴ – مواد با سطح بالاتری از هوش: هوش مصنوعی را به کامپیوتر ها منتقل می‌ کنند.

این نوع مواد به طور کامل در تحقیقات فعلی انسان‌ ها دست نیافتنی است. این امر ممکن است با تحقیق و توسعه در زمینه نساجی و الکترونیک به دست آید. با استفاده از پارچه‌ های هوشمند و یا مواد هوشمند با پیشرفت در خطوط مشترک با کامپیوتر این امر به حقیقت می پیوندد.

مواد مورد استفاده منسوجات پوشیدنی هوشمند

موادی که برای تولید محصولات نساجی هوشمند پوشیدنی به کار می‌ روند می‌ توانند تعامل، برقراری ارتباط و درک داشته باشند.

✔ الیاف فلزی

✔ جوهر  رسانا

✔ مواد کرومیک

✔ پوشش با نانو ذرات

✔ نیمه هادی های آلی

✔ موادی که شکل و توانایی نگهداری حافظه دارند

✔ الیاف نوری

✔ کامپوزیتهای تونل کوانتومی

✔ پلیمر های ذاتاً رسانا

نخ‌ ها به طور عمده در زمینه‌ های فنی مانند پوشاک، تجهیزات نظامی، کاربرد پزشکی و تولید الکترونیک مورد استفاده قرار می‌ گیرند. این الیاف و الیاف رسانا، با مخلوط شدن الیاف فلزی یا طبیعی با مواد رسانا ساخته می‌ شوند. رشته‌ های فولادی ضد زنگ، ابریشم فلزی، تور ارگانزا، الیاف کربن خاص و غیره برای ساخت سنسورهای پارچه مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

موادی مانند پلیمر های فلزی، پلیمر های رسانا، الیاف نوری، هدایت الکتریکی، حسگر های قابل سنجش و انتقال داده نیز استفاده می شوند. این مواد ارتجاعی، سبک وزن، انعطاف‌ پذیر، ارزان و با فرآوری آسان هستند.

کاربردهای منسوجات پوشیدنی هوشمند

۱ – ترموترون (Thermotron)

ترموترون UNITIKA پارچه ای ویژه است که قادر به جذب نور خورشید بوده و کار آن تبدیل انرژی نور به انرژی گرمایی است. گرما را بدون هدر دادن ذخیره می‌ کند. در داخل ترموترون، میکرو ذرات زیرکونیوم کاربید وجود دارند که به پارچه اجازه می‌ دهد نور خورشید را جذب و فیلتر کند.

لایه درونی پارچه گرمای تولید شده توسط پارچه را نگه می‌ دارد و مانع انتقال آن در جو اطراف می‌ شود، در نتیجه یک تاثیر مطلوب بر روی بدن انسان می‌ گذارد. این در لباس یک تجربه راحت، ضد آب و با طراوت به همراه تهویه هوا به پوشنده ارائه می‌ دهد.

۲ – جزیره سنگی (Stone Island)

جزیره سنگی یک ژاکت است که برای دادن اطلاعات درباره دمای اطراف ساخته شده‌ است. این یک پوشش حرارتی با بلور مایع می باشد. در ۲۷ درجه سلسیوس، مولکول‌ هایی که در این پوشش حضور دارند، تحت یک چرخش قرار می‌ گیرند که تغییر مسیر نور را اصلاح می‌ کند. در نتیجه رنگ لباس به تدریج از رنگ تیره به رنگ روشن‌ تر و شفاف تر که رنگ پایه پارچه بوده تغییر پیدا می‌ کند. وقتی لباس به دمای عادی خود باز می‌ گردد، رنگ پوشش تیره اصلی خود را مجددا به دست می آورد.

۳ –  نشان متقارن (مهر هم قطب) (Polar seal)

احساس سرما، چیزی است که قبل از یک محصول به نام “نشان متقارن” گرمای فوری را تنها با تماس یک دکمه به شما می ‌دهد. سه سطح گرم شدن از گرمای زیاد، معتدل تا پایین در این محصول وجود دارد.

دو منطقه گرمایش یکی در قسمت بالایی و دیگری عقب آن وجود دارد تا بتوانیم در زمستان احساس گرما کنیم. استفاده از این روش‌ ها آسان است و در شرایط آلپ (سرمای شدید در ارتفاعات بالا) مورد آزمایش قرار گرفته. اینها انعطاف‌ پذیر، سبک، دارای تهویه هوا و آب هستند که باعث می ‌شود برای ورزش یا فضای باز ایده‌ آل باشند. این‌ پوشیدنی ها را می توان به صورت دستکش و یا پیراهن استفاده کرد. اینها می‌ توانند تا ۸ ساعت، با یک دفعه شارژ، گرم بمانند.

۴ – ZeroI

Zerol یک کلاه است که با بلندگوهای رسانای استخوان ساخته شده‌ (به گونه ای که صدا را از طریق استخوان انتقال می دهد). ما مجبور نیستیم از هدفون ها برای گوش دادن به موسیقی یا تماس‌ های تلفنی استفاده کنیم. چون این کلاه گوش‌ های ما را هرگز مسدود نمی‌ کند. این پوشیدنی در برابر آب مقاوم بوده، و ما می‌ توانیم در حالی که باران می‌ بارد از آن استفاده کنیم.

۵ – ORII

Orii حلقه ای است که با استفاده از آن می‌ توانیم تماس بگیریم. Orii یک حلقه دستیار صوتی است که انگشت ما را تنها از طریق تماس با گوش به گوشی هوشمند تبدیل می کند. از رسانش استخوان استفاده می کند و در بسیاری از دستگاه‌ های پزشکی از رسانش استخوان استفاده شده‌ است. برای تنظیم حلقه، لایه‌ های سیلیکون از لحاظ طراحی مقاوم و ضد حساسیت هستند.

آن ها به گونه‌ ای بسته‌ بندی شده‌ است که ارتعاشات را از طریق انگشت مستقیما به گوش شما می‌ فرستند، پس فقط می‌ توانید بشنوید. پس به شما این امکان را می‌ دهد که با انگشت خود حرف بزنید و گوش دهید. صدای دو طرفه ای وجود دارد که با حذف میکروفن و هدایت استخوان، ما می‌ توانیم حتی در مکان‌ های شلوغ هم بشنویم و صحبت کنیم. با استفاده از این روش ما قادر به انجام کار هایی مانند یافتن مسیر، استفاده از هشدار دهنده، ترجمه، نوشتن پیامک، هواشناسی، ارسال پیام، تماس گرفتن، تایمر، یافتن مسیر های نقشه و غیره هستیم؛ همچنین در برابر آب مقاوم می باشد. این اطلاعات را می توان به حالت دلخواه طراحی کرد، چهار چراغ LED وجود دارد که می‌ تواند به ما بگوید که چه نوع پیامی به ما رسیده است.

۶ – دونده لومو (Lumo Run)

خودانگیزشی می‌ تواند بزرگ‌ ترین دارایی باشد اما خودارزیابی می‌ تواند بزرگ‌ ترین چالش برای کسانی باشد که می‌ خواهند توسط خودشان آموزش ببینند .Luco run  یک سنسور حرکتی است که داده‌ ها را جمع‌ آوری کرده و باعث ایجاد انگیزه در هنگام دویدن می شود و در کمربند شما قرار می گیرد. Luco run حالت و فرم شما را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و پس از قضاوت درباره حالت های شما، پتانسیل واقعی شما را با اجتناب از هر گونه آسیب پیشنهاد میدهد. شما می‌ توانید به داده‌ ها، در هر جایی که امکان تجزیه و تحلیل کامل آن ها از طریق تلفن هوشمند را می‌ دهد، دسترسی داشته باشید. ما به گوگل، ساعت های هوشمند، و کابل ها نیازی نداریم.

۷ – آستین AIO Sleeve

آستین Aio یک آستین است که می‌ تواند در یک دست پوشیده شود و اطلاعاتی را ارائه دهد که تنها پزشکان می‌ توانند ارائه کنند. این پوشیدنی به شما قدرت تجزیه و تحلیل رفتارهای خود، مدت‌ زمان خواب، کیفیت خواب بر روی تلفن همراه را می‌ دهد. این آستین می‌ تواند موسیقی مورد علاقه شما را پخش کند. در حالی که ورزش می کنید این پوشیدنی ضربان قلب، ECG، حرکات / فاصله هایی که طی می کنید و همچنین میزان کالری مصرفی را اندازه‌ گیری می‌ کند. در هنگام کار این وسیله سطح استرس شما را نیز می‌ سنجد. تمام این چیزها را ما می‌ توانیم در هر زمانی و در هر مکانی در گوشی هوشمند خود مشاهده کنیم.

۸ – شنل نامرئی (Invisible Cloak)

دانشمند ژاپنی در دانشگاه توکیو در حال توسعه یک شنل با فناوری بالا می باشد. این شنل نامرئی توسط نانو ذراتی ایجاد می ‌شود که نور را منعکس می‌ کنند و باعث می ‌شوند پوشنده لباس نامریی به نظر برسد. دوربین نصب‌ شده در پشت شنل این امکان را به فرد می دهد که حرکت هر شی یا اتفاقی را در پشت سر فرد ضبط کند و تصویر را در جلوی شنل قرار دهد، در نتیجه با این تصویر پردازی این توهم را ایجاد می‌ کند که فرد نامریی به نظر برسد.

۹ – پیراهن هوشمند

Arrow smart shirt

Arrow یک پیراهن را تولید کرده‌ که شبیه به پیراهن های معمولی دیگر می باشد اما دارای ویژگی ‌های خاصی مانند اتصال فقط با یک ضربه کوچک، شخصیت اجتماعی  داشتن و دستیابی آسان به هر چیزی، نگه دارنده کارت ویزیت شما بر روی آستین لباستان، آمادگی برای کار، اتصال به بلوتوث، گوش دادن و پخش برنامه مورد علاقه و لیست آهنگ های مورد علاقه شما است. همه این ویژگی‌ ها فقط در یک آستین وجود دارند. پیراهن هوشمند با یک تراشه داخلی بر روی دکمه سر دست است که می‌ تواند با دانلود اپلیکیشن مخصوص خود کار می کند.

۱۰ –  لباس ذهنی (Mood dress)

پس از قرن‌ ها دانشمندان قادر به طراحی و ساخت لباسی شدند که رنگ را بسته به حالت بدن تغییر می‌ دهد. این لباس حساس توسط شرکت بزرگ الکترونیکی فیلیپس طراحی شده‌ بود. این لباس از دو لایه تشکیل شده‌، لایه درونی شامل سنسور بیومتریک است که حالت یا احساسات فرد را انتخاب می‌ کند و آن را با استفاده از رنگ‌ های موجود در لایه دوم یا لایه خارجی به نمایش می‌ گذارد.

احساسی مانند استرس یا ترس بر درجه‌ حرارت بدن و سطح عرق تاثیر می‌ گذارد و  اینها نوری را ایجاد می کنند که باعث تغییر الگو و رنگ لباس می شود. اگر عصبانی یا استرس زده باشید، قرمز می‌ شود یا وقتی آرام باشید رنگ سبز نمایانگر می شود. از طرف دیگر در لباس های هوشمند اجزای الکترونیکی به طور مستقیم به پارچه دوخته شده است.

این در حالی است که محققان در صددند تا منسوجات را با تکنولوژی آمیخته کنند تا قطعات فنی یا الکترونیکی در الیاف درگیر شوند و قابل دید یا تماس نباشند تا نه برخوردی با فرد داشته باشند و یا استهلاک یا خطر از بین رفتن به وجود آید .

یک تیم تحقیقاتی در کره با ساخت یک ترانزیستور که ساختار الیافی دارد یک روش مشابه اتخاذ کرده است، بدین صورت که آنها ترانزیستور را با استفاده از الکترودهای پیچانده شده برای تنظیم طول نخ و ضخامت نیمه‌هادی ایجاد کردند. این نیمه هادی به جریانی بیش از ۱۰۰۰ برابر بیشتر از  ترانزیستورهای موجود دست می یابد و به پوشاننده لباس آسیب نمی زند.

نوع دیگر از کتها هم تولید شده که با استفاده از الیاف کربن تا ۱۰ وات گرما را منتقل میکند و در زمانهای مختلف واکنش های کاربر را شناسایی و ذخیره می کند .

راه حل دیگر استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی جهت بافتن رشته های الکترونیکی با استفاده از سوزن های هم محور با نخ می باشد .

روش دیگر که در شرکت پیر تا در ایتالیا استفاده شده از یک تکنولوژی پنج مرحله ای بر اساس شیمی آلی  برای انتقال فلز به لباس برای رسانا  کردن آن استفاده می شود.

نوع دیگر هم با استفاده از چاپگر مبتنی بر جت برای کاربرد فرم آزاد فلز بر روی پوشاک است که الگوی تکمیل شده قابلیت رسانایی دارد.

این تکنولوژی های امیدوار کننده باعث می شود که ما بتوانیم در صنعت فرش ماشینی هم از چنین تکنولوژی هایی استفاده کنیم و فرش هوشمند تولید کنیم اما مهمترین عامل مشارکت دانشگاه و صنعت و رسیدن به نقطه توسعه و تولید گسترده است که مستلزم سرمایه‌گذاری و تحقیق می باشد .

بازار منسوجات هوشمند روز به روز گسترده تر و کاربردی تر می شود دانشگاه نو فالور بر اساس یک نوع اوریگامی و استفاده از یک نوع پلیمر مشهور با نانو سیم هایی از رشته های الکترونیک ترکیب کرده که به لطف اصول اوریگامی تا ۲۰۰۰ درصد کشش داشته و رسانایی آن تا سه برابر افزایش یافته است .

بر اساس گزارش‌های شرکت داده های بین المللی البسه هوشمند درسال ۲۰۱۷ استفاده از لباس هوشمند به ۳.۳ میلیون رسیده و پیش‌بینی می‌شود تا سال۲۰۲۱ به ۲۲ میلیون برسد.

این مطلب بسیار قابل ملاحضه است که البسه مثل تیشرت ژاکت پیراهن شلوار یا کفش که پروژه هوشمند شدن روی انها انجام میشود دارای ساختاری ضعیفتر نسبت به فرش هستند ودر هنگام استفاده هم همیشه در حال جابجایی وحرکت وتماس با بدن یا محیط هستند ولی فرش ثابت روی زمین قرار دارد.یعنی ما قدرت مانور وساختار پذیری بیشتری روی فرش داریم.

بسیاری از برندهای معروف روی پروژه لباس هوشمند کار می کنند تا فاکتورهای سلامتی نظیر فشار خون ,ضربان قلب, دمای بدن, تعرق و تغیرات هورمونی و…..را کنترل کنند.

اینگونه فاکتور های سلامتی یا امنیتی برای کنترل از طریق کفپوش ها نیز می تواند بازار جدیدی را برای این صنعت به وجود آورد تا صنعت فرش ماشینی هم در تولید منسوجات هوشمند جای خود را باز کند.

مثلاً در حوزه امنیتی می‌توان فرش‌هایی را تولید کرد که در  محیط های امنیتی مثل بانک ها یا مراکز استراتژیک با حضور فرد بر روی آنها آلارم بدهد یا سرورها را فعال کنند  یا در مراکزی مانند صندوق های امانات یا طلا فروشی ها در زمانی که تعطیل هستند و سارقان برای دستبرد زدن کلیه دوربین ها را قطع می کنند وجود فرشی در سالن یا مرکز خرید و عبور سارقان  از روی آن می‌تواند آلارم هشدار را برای مالک یا پلیس به صدا  در آورد.

به هر صورت ما هم باید همگام با تکنولوژی روز به جلو حرکت کنیم.

طبق برآوردهای متخصصان تا سال ۲۰۳۰  دیگر ماشین درون سوز یا بنزینی تولید نخواهد شد وکلیه ماشین ها الکتریکی خواهند شد. همانطور که تسلا و جنرال موتورز روی ماشین های الکتریکی کار می کنند کلیه برندهای بزرگ دنیا هم مثل بنز، هیوندای ،بی ام و، ولوو، هوندا، کیا ،پژو و …..روی خودروهای الکتریکی و خودران کار می‌کنند.

در کنار این موضوع بحث جدیدی که در صنعت خودرو های الکتریکی تحقیقات ان شروع شده استفاده از کامپوزیت های ترکیبی با الیاف یا یک نوع پارچه کامپوزیتی مانند برزنت فرش به جای بدنه فلزی خودرو می باشد که این کار هم میتواند هزینه های تولید را کاهش دهد وهر زمان که بدنه در اثر تصادف اسیب دید براحتی با هر رنگ وطرح دلخواهی جایگزین شود.

این یعنی صنعت نساجی میتواند جایگزین صنعت فولاد شود و تغییرات وسیعی در حوزه صنایع بوجود اورد.

پس مطمئن باشیم تا ۱۰ سال آینده فرشهای کنونی نیز بازار رقابتی نخواهد داشت و باید با تکنولوژی‌های روز آمیخته شود و نیازهای نسل جدید را پاسخ دهد.

پس لزوم بقاء صنعت فرش ماشینی حرکت رو به جلو و ادغام تکنولوژی‌های جدید در تولید فرش می باشد.