منسوجات هوشمند

استفادهٔ انسان از پوشش یا پوشاک به حدود 170000 سال پیش بر می گردد زمانی که انسان ها برای محافظت بدن از گرما، سرما و باران از پوشش های گیاهی یا پوست حیوانات بهره می بردند. اما امروزه پیشرفت فناوری، صنعت پوشاک را نیز دست خوش تغییراتی بزرگ کرده است. در سال 1989 برای اولین بار اصطلاح “مواد هوشمند” در ژاپن ابداع شد و اولین کالای نساجی که با عنوان “منسوجات هوشمند” معرفی شد، نخ ابریشم با ویژگی Shape memory (حافظه دار) بود.

تاریخچهٔ

اولین نسل از لباس‌های هوشمند، مبتنی بر اتصال اجزای متداول مورد استفاده در زندگی روزمره بود. اولین گام موفقیت‌آمیز در این عرصه در پایان دههٔ 1990 و در نتیجه همکاری میان شرکت‌های Levi’s و Philips رخ داد. طراحی کت ICD+ به گونه‌ای بود که امکان قرار دادن دستگاه‌های مختلفی همچون میکروفون، کنترل از راه دور، تلفن همراه و پخش‌کننده موزیک در داخل کت، فراهم شد. در آن زمان، شستشوی چنین کت‌هایی نیازمند این بود که همه این اجزا، از جمله سیم‌کشی، به‌دقت از کت جدا شوند تا پیش از وارد شدن به ماشین لباسشویی آسیبی نبیند. این محدودیت‌ها نشان‌دهندهٔ نیاز به ادغام بیشتر فناوری و مد بود.

به تدریج قطعات الکترونیکی با منسوجات الکترونیک جایگزین شدند. در سال 2007،   Leah Buechley ، مهندس و طراح آمریکایی، میکروکنترلر LilyPad Arduino ، را به‌طور خاص جهت کاربرد در منسوجات هوشمند ارایه داد.

منسوجات هوشمند چیست؟

بر اساس استاندارد اروپایی CEN/TR 16298 ، منسوجات هوشمند، مواد یا ساختارهای نساجی دارای خواص ذاتی مکمل و کاربردی هستند که به طور معمول در منسوجات سنتی دیده نمی‌شود. به بیان دیگر، منسوج هوشمند یک کالای نساجی کاربردی است که به طور فعال با محیط خود در تعامل است، به این معنی که تغییرات محیط اطراف انسان و یا خود فرد را می تواند حس کند و به آن واکنش دهد و حتی خود را با آن تطبیق دهد. عامل تحریک و پاسخ این ساختارها می تواند منشا الکتریکی، گرمایی، شیمیایی و همچنین الکترومغناطیس داشته باشد.

علوم متعددی از جمله شیمی، تکنولوژی الیاف، فناوری نانو، طراحی و مهندسی پوشاک، الکترونیک و هوش مصنوعی به‌طور همزمان در تولید منسوجات هوشمند به کار گرفته می‌شوند. با این حال، منسوجات هوشمند محدود به پوشاک متداول نیستند و در دامنه وسیعی از صنایع از جمله صنعت خودرو، نظامی، رباتیک، هواپیما، همچنین تجهیزات پزشکی و جراحی به کار می‌روند.

منسوجات هوشمند به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: منسوجات غیرفعال و منسوجات فعال. منسوجات غیرفعال، که به عنوان “نسل اول” منسوجات هوشمند شناخته می‌شوند، عملکردی فراتر از منسوجات سنتی دارند، اما معمولاً در پاسخ به تغییرات محیطی سازگاری ندارند. به عنوان مثال، پارچه‌های خنک‌کننده می‌توانند به تنظیم دما کمک کنند، اما به طور فعال این خنکی را فراهم نمی‌کنند و صرفاً به دلیل ویژگی‌های ساختاری خود، تبخیر مایعات را تسریع می‌کنند. در مقابل، منسوجات فعال توانایی تطبیق و تغییر عملکرد خود را در پاسخ به تغییرات محیطی یا ورودی‌های کاربر دارند. این منسوجات می‌توانند تغییر شکل دهند، گرما را ذخیره و تنظیم کنند و در گونه‌های مختلفی از کاربردهای انعطاف‌پذیر به کار گرفته شوند. منسوجات فعال معمولاً از الکتریسیته برای پشتیبانی از حسگرها و محرک‌ها استفاده می‌کنند، به طورکلی، هر دو دسته منسوجات هوشمند نقش مهمی در پیشرفت‌های فناوری نساجی و بهبود کیفیت زندگی داشته اند.

چرا منسوجات هوشمند؟

قبل از بررسی مزایای استفاده از منسوجات هوشمند بهتر است دسته ی دیگر از محصولات هوشمند پوشیدنی را معرفی کنیم. این محصولات جزء هوشمند آن ها ساختار مبتنی بر منسوج ندارد، مانند ساعت‌های هوشمند، عینک‌های واقعیت مجازی و دستبندهای گام شمار. منسوجات ذاتاً مزایای متعددی نسبت به این محصولات از جمله، تنوع بسیار بالا در انتخاب مواد اولیه، قابلیت فرم دهی سه بعدی مختص به هر فرد، امکان بخشیدن خواصی چون آبدوستی و آبگریزی، نفوذ پذیری قابل کنترل و خواص آنتی باکتریال، دارند. این ویژگی‌ها به محصولات هوشمند امکان کاربردهای وسیع‌تر و ویژه‌تری می‌دهد. همچنین منسوجات، راحتی و زیبایی را برای کاربران خود به ارمغان می‌آورند چرا که می‌توانند در تماس طولانی مدت یا دائمی با پوست باشند، بدون اینکه موجب تحریک پوست شوند.

رسیدن به این اهداف تنها زمانی حاصل می شود که تمام اجزای این محصولات هوشمند به طور کامل براساس ساختارهای مبتنی بر منسوج طراحی شوند. این یک چالش بزرگ در حوزه‌ی منسوجات هوشمند است و فناوری‌های جدید در جهت رسیدن به این اهداف حرکت می‌کنند.