تصور کنید دنیایی که در آن رشته‌های ابریشم نه تنها برای مد و لباس، بلکه برای تأمین انرژی دستگاه‌ها نیز به کار می‌روند. یک ژاکت ساده که می‌تواند گوشی همراه شما را شارژ کند یا دستگاه‌های الکترونیکی مانیتور سلامت شما را تأمین انرژی کند – همه این‌ها به لطف فناوری پوشیدنی که پارچه‌ها را به تولیدکننده‌های برق تبدیل می‌کند.
شاید این صحنه شبیه یک فیلم علمی-تخیلی به نظر برسد، اما گروهی از محققان متعهدانه در تلاش‌اند تا این رویا را به واقعیت تبدیل کنند.
چالش اصلی در این راه یافتن موادی است که به‌طور پیوسته برق را هدایت کنند و در عین حال برای پوشیدن مناسب باشند.
راهکار رشته ابریشم
پژوهشگرانی از دانشگاه فنی چالمرز در سوئد راه‌حلی یافته‌اند. آن‌ها از ابریشم، ماده‌ای رایج در صنعت نساجی، استفاده کرده و به آن جلوه‌ای فناورانه داده‌اند.
این کارشناسان رشته ابریشم را با ماده‌ای پلاستیکی رسانا پوشانده‌اند که دارای ویژگی‌های بی‌نظیری برای تبدیل پارچه‌های عادی به تولیدکننده‌های برق است.
این پارچه‌های آینده‌نگرانه که به نام پارچه‌های ترموالکتریک شناخته می‌شوند، اختلاف دما بین بدن ما و هوای اطراف را به پتانسیل الکتریکی تبدیل می‌کنند. این فناوری می‌تواند تغییرات بزرگی در زندگی روزمره و جامعه ایجاد کند.
وقتی این پارچه‌ها به یک حسگر متصل شوند، می‌توانند بدون نیاز به باتری به دستگاه‌ها نیرو بدهند. این حسگرها می‌توانند حرکت‌های ما را مانیتور کنند یا ضربان قلبمان را اندازه‌گیری کنند.
ترکیبی از ایمنی و انعطاف
از آنجا که این لباس‌ها باید نزدیک بدن پوشیده شوند، مواد استفاده‌شده باید استانداردهای بالای ایمنی و انعطاف‌پذیری را برآورده کنند.
ماریاویتو کراگیرو دانشجوی دکترا در دپارتمان شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه چالمرز گفت: «پلیمرهایی که ما استفاده می‌کنیم انعطاف‌پذیر، سبک و به‌راحتی در حالت مایع و جامد استفاده می‌شوند. همچنین این مواد غیرسمی هستند».
پیشرفت در استفاده از رشته ابریشم
بخش عمده‌ای از روش‌های مورد استفاده برای ایجاد این رشته رسانا بر اساس یافته‌های قبلی در همان پروژه پژوهشی است.
در گذشته، رشته‌ها برای حفظ پایداری در تماس با هوا دارای فلزاتی بودند. پیشرفت با استفاده از پلیمرهای آلی در تولید به دست آمد.
اکنون پژوهشگران نوع جدیدی از رشته‌ها را توسعه داده‌اند که هدایت الکتریکی و پایداری بهتری را نشان داده‌اند.
قطعه گمشده پازل
برای نشان دادن کاربرد این رشته جدید در موقعیت‌های واقعی، پژوهشگران دو تولیدکننده ترموالکتریک ساخته‌اند – دکمه‌ای که با این رشته دوخته شده و یک تکه پارچه که رشته‌ها در آن بافته شده‌اند.
وقتی این پارچه‌ها بین یک سطح گرم و یک سطح سرد قرار گرفتند، افزایش ولتاژ مشاهده شد.
کراگیرو گفت: «ما قطعه گمشده پازل برای ساخت رشته بهینه را یافتیم – نوعی پلیمر که اخیراً کشف شده است».
«این پلیمر در تماس با هوا پایداری عملکردی فوق‌العاده‌ای دارد و در عین حال توانایی بسیار خوبی در هدایت الکتریسیته دارد. با استفاده از پلیمرها، نیازی به فلزات کمیاب نداریم که در الکترونیک رایج هستند.»
آغاز دوره‌ای جدید برای پارچه‌های ترموالکتریک
در حال حاضر، پارچه و دکمه ترموالکتریک نمی‌توانند خارج از آزمایشگاه به‌صورت انبوه تولید شوند. این مواد باید به‌صورت دستی ساخته و دوخته شوند که کار پرزحمتی است.
اما پژوهشگران نسبت به پتانسیل این رشته و امکان توسعه فرایند خودکار برای افزایش تولید خوش‌بین هستند.
پروفسور کریستین مولر بیان کرد: «ما اکنون نشان داده‌ایم که می‌توان مواد آلی رسانایی تولید کرد که می‌توانند عملکردها و ویژگی‌های موردنیاز این پارچه‌ها را برآورده کنند. این یک گام مهم رو به جلو است.»
«در پارچه‌های ترموالکتریک فرصت‌های فوق‌العاده‌ای وجود دارد و این پژوهش می‌تواند سود بزرگی برای جامعه داشته باشد.»
رشته ابریشم: تأمین انرژی برای کاربردهای آینده
کاربردهای احتمالی پارچه‌های ترموالکتریک ابریشم بسیار فراتر از الکترونیک شخصی است.
تصور کنید لباس‌های ورزشی که در حین تمرین تغییرات فیزیولوژیکی ورزشکار را مانیتور و تنظیم می‌کنند، یا لباس‌های بیمارستانی که به‌طور مداوم علائم حیاتی را بدون نیاز به باتری یا شارژ دنبال می‌کنند.
این پارچه‌ها همچنین می‌توانند در لباس‌های نظامی و تجهیزات فضای باز استفاده شوند، و در مکان‌های دورافتاده که دسترسی به منابع شارژ سنتی محدود است، انرژی پایدار و قابل اعتمادی ارائه دهند.
فراتر از پوشیدنی‌ها، این فناوری می‌تواند در پارچه‌های هوشمند خانگی نیز به کار رود، مانند پتوهایی که به حفظ دمای راحت کمک می‌کنند یا پرده‌هایی که نور خورشید را به انرژی تبدیل می‌کنند.
کاهش زباله‌های الکترونیکی
استفاده از مواد پایدار و غیرسمی مانند ابریشم و پلیمرهای آلی می‌تواند به کاهش زباله‌های الکترونیکی کمک کرده و جایگزینی دوستدار محیط‌زیست برای باتری‌ها و دستگاه‌های یک‌بارمصرف ارائه دهد.
در حالی که پارچه و دکمه ترموالکتریک در حال حاضر نیازمند دست‌ساخت در آزمایشگاه هستند، پژوهشگران نسبت به آینده امیدوارند.
با پیشرفت‌های بیشتر، کارشناسان امیدوارند روش‌های تولید خودکاری را توسعه دهند که این فناوری ابریشمی را در دسترس‌تر سازد و راهی برای راه‌حل‌های انرژی پوشیدنی و پایدار فراهم آورد.
این مطالعه در مجله Advanced Science منتشر شده است.
