لباس‌هایی با قابلیت تولید انرژی

ایران اکونومیست- به عبارت دیگر همان لباسی که به عنوان پوشش از بدن ما در برابر سرما و گرما و تابش نور خورشید محافظت می کند همزمان با داشتن ویژگی های ذکر شده از عملکردها یا قابلیت های جدیدی برخوردار می شود که ممکن است یکی از آنها تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز قطعات یا حسگرها و ابزارهایی باشد که برای کار کردن به انرژی الکتریکی نیاز دارد. این قابلیتی است که در آینده ای نه چندان دور در نسل جدید لباس ها که به عنوان لباس های هوشمند مطرح شده اند دیده می شود. گروهی از محققان پژوهشکده مواد و فناوری های پیشرفته در نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر در یک طرح تحقیقاتی موفق به تولید نوعی نخ نانو ساختار شده اند که می تواند انرژی مکانیکی حاصل از تحرکات معمول بدن را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

از نخ مبدل انرژی تا لباس هوشمند

این طرح با هدف تولید نوعی نخ نانوساختار مطرح شده است که می توان از آن برای تولید پارچه های مبدل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده کرد.

دکتر روح الله باقرزاده عضو هیات علمی پژوهشکده مواد و فناوری های پیشرفته در نساجی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر مجری این طرح تحقیقاتی در گفت و گو با جام جم می گوید: در حقیقت این فناوری یک پایه مهندسی برای تولید پارچه و لباس های هوشمندی است که توانایی تولید و تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای استفاده از ابزارهای الکتریکی همراه مانند تلفن همراه، تبلت یا دستگاه پخش موسیقی را داشته باشد.

اکنون این منابع انرژی از طریق باتری ها تامین می شود در حقیقت این فناوری به حذف باتری و کاهش وابستگی وسایل الکترونیکی به ابزارهای جانبی مانند باتری ها یا شارژرها منجر می شود. بنابراین افراد با استفاده از تحرک های معمول خود انرژی مکانیکی را که در لباس ایجاد می شود از طریق فناوری تعبیه شده در لباس به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند که می توان آن را به صورت مستقیم در زمینه های مورد نظر استفاده کرد یا در داخل خازن هایی این انرژی را ذخیره کرد و در صورت نیاز در ابزارهایی که به انرژی الکتریکی نیاز دارند از آن استفاده کرد.

وی درباره ویژگی های این فناوری این طور توضیح می دهد: می توان از این فناوری در همه صنایع یا محصولاتی که به تامین کننده انرژی الکتریکی نیاز دارد، استفاده کرد. باتری ها به شارژ مجدد نیاز دارند بنابراین می توان گفت عمر استفاده از این فناوری در مقایسه با باتری ها که عمر محدودی دارند، بسیار بالاتر. این فناوری یک ویژگی بارز دارد و این ویژگی خود شارژ شوندگی است. یعنی تحرکات معمول بدن انسان که اجتناب ناپذیر است را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. افق کاری که ما برای این فناوری متصور شده ایم ـ که ممکن است اکنون در کشورهای پیشرفته نیم نگاهی به این موضوع و صنعتی شدن آن داشته باشند ـ این است که در آینده ای نه چندان دور در تولید نسل جدیدی از لباس ها که همان لباس های هوشمند است از این فناوری استفاده خواهد شد. البته باید تحقیقات و کارهای بیشتری در این زمینه انجام شود تا بتوان این طرح را تجاری سازی کرد. ایده اولیه و مباحث فنی اولیه در این طرح به دست آمده است که می تواند افق های گسترده ای را پیش روی ما قرار دهد.

ژنراتورهایی از نوع پوشیدنی

این عضو هیات علمی دانشکده مهندسی نساجی درباره کاربردهای متنوع این نخ نانوساختار می گوید: عمده مصارف و متقاضیان این محصول می تواند در محصولات جانبی صنایع الکترونیک، صنایع نظامی، تولید کنندگان البسه ورزشی، لباس های هوشمند، لباس های فضانوردان یا لباس های نسل آینده باشد که فقط قابلیت پوشش به عنوان یک لباس را ندارد و می تواند برطرف کننده بسیاری از دیگر نیازهای بشر باشد.

در کنار این طرح به دنبال طرحی هستیم که بتوانیم همین انرژی الکتریکی محدود را که حدود چهار تا پنج ولت است در خازن ها یا منابع ذخیره کننده انرژی الکتریکی که آنها نیز قابلیت پوششی دارند، ذخیره کنیم. یعنی منابع ذخیره کننده انرژی تولید کنیم که از جنس پارچه و لباس است تا بتوانیم خروجی این ژنراتور پوششی یا نانوژنراتور الیافی را به گونه ای در داخل لباس ذخیره کنیم. به این ترتیب که همه یا بخشی از لباس شما قابلیت تولید انرژی دارد که با استفاده از مدارهایی که در داخل لباس یا داخل الیاف پارچه تعبیه شده انرژی الکتریکی تولید شده در قسمتی دیگر از لباس (به عنوان مثال در جیب لباس یا هر جای دیگری که نقش خازنی دارد) جمع شده و این مانند یک باتری همیشه همراه است که خود شارژ شونده است و خروجی آن را می توان به عنوان مثال با یک USB به وسایل الکترونیکی همراه خود متصل کرد. بنابراین در آینده نه چندان دور افقی را می توان تصور کرد که لباس های آینده بتوانند نیازهای متعددی را برای مصارف روزمره یا نیازهای کاری تامین کند که یکی از آنها تامین انرژی الکتریکی است.

باقرزاده درباره لزوم استفاده از فناوری نانو در تولید نخ هایی با قابلیت تولید انرژی الکتریکی این طور توضیح می دهد: یکی از دلایل استفاده از فناوری نانو در این طرح این است که بتوانیم ویژگی تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی را مواد تشکیل دهنده این نخ را بدون نیاز به عملیات تکمیلی دیگری داشته باشیم.

در سایر روش ها یا روشی که در آن از نانو فناوری استفاده نمی شود، به مجموعه ای از عملیات تکمیلی نیاز داریم. برای مثال شاید لازم باشد این ماده در میدان های الکتریکی قوی قرار گیرد یا ضرورت داشته باشد از روش های دیگری استفاده کنیم که بتواند این ویژگی را در این ماده اضافه کند. در این روش (روش الکتروریسی) نه تنها توانسته ایم ابعاد این محصول یا فناوری را به ابعاد نانو کاهش دهیم، بلکه توانسته ایم به ویژگی ها یا قابلیت هایی که فقط در مقیاس نانو به آن دسترسی داریم در این طرح دست پیدا کنیم که از این قابلیت ها می توان به امکان تولید موادی با سطح مخصوص بالا و قابلیت ساخت محصولاتی در مقیاس کوچک از این فناوری اشاره کرد.

برای مثال در نظر بگیرید اگر قرار باشد حسگری در بدن کاشته شود که علائم حیاتی بدن را ثبت کرده و این اطلاعات را در اختیار پزشک خانواده قرار دهد، باید در حالت معمولی این حسگر به یک باتری متصل باشد که انرژی الکتریکی مورد نیاز آن را تامین می کند. با این فناوری می توان در مقیاسی کوچک تر انرژی مورد نیاز این حسگر را با استفاده از تحرکاتی که به عنوان مثال در شبکه عروقی بدن انجام می شود تامین کرد. علاوه بر این با گسترش کاربرد امضای الکترونیک در آینده ای نه چندان دور، برای تشخیص امضای الکترونیک با مشکلات و محدودیت هایی در زمینه اطمینان از صحت امضای الکترونیک ثبت شده از سوی فرد مورد نظر مواجه خواهیم بود. تاکنون مکانیسم های مختلفی برای شناسایی و تائید صحت آن به وجود آمده که هریک مزایا و معایب خاص خودش را دارد.

یکی دیگر از کاربردهای این فناوری مبتنی بر خواص پیزوالکتریک، مواد تهیه پروفایل نحوه اعمال تنش یا اعمال فشار فرد در حین امضای الکترونیک است که می تواند توسط این فناوری شناسایی و ذخیره شود. هیچ دو نفری نمی توانند در حین امضای پروفایل فشار یکسانی را به کاغذ یا پارچه اعمال کنند. می توان با این فناوری از صحت یک امضا یا لمس لباس اطمینان حاصل کرد. این از دیگر کاربردهای این فناوری است که در حوزه پوشاک قرار نمی گیرد.

به گفته مجری طرح نانو، نخ های مبدل انرژی، کاهش مقیاس و اندازه و ابعاد مواد با ایجاد ویژگی های بارز و قابل توجهی همراه است. در حقیقت کاهش ابعاد موجب جهش در خواص مواد می شود. برای مثال این الیاف در مقایسه با الیاف معمولی سطح خواص بالاتری دارند. یعنی نسبت سطح به حجم بالاتر است که این تغییرات می تواند ویژگی های بارزی را همراه داشته باشد.

وی می افزاید: در ادامه قصد داریم با هدف ذخیره انرژی تولید شده نوعی خازن های پارچه ای تولید کنیم. باتری ها و خازن هایی که استفاده می شود خشک و شکننده است. ما دنبال این هستیم پارچه ای تولید کنیم که نقش خازن داشته باشد تا به این ترتیب بتوان در این پارچه ها انرژی را ذخیره کرد. زیرا ممکن است همیشه به انرژی الکتریکی تولید شده نیاز نداشته باشیم.

اگر بتوانیم به عنوان پایه مهندسی از این دستاورد استفاده کنیم، افق جدیدی ایجاد می شود و به این ترتیب می توان باتری را از بسیاری از ابزارهای الکترونیکی همراه حذف کرد که در نهایت موجب کاهش وزن این ابزارها می شود این فناوری در لباس های نظامی و لباس های فضانوردان بسیار کاربردی است. بخصوص این که در این حوزه ها دسترسی به ابزارهای شارژ و تامین انرژی محدودیت بزرگی به شمار می آید.

اکنون این طرح در مرحله امکان سنجی تولید انرژی از پارچه است. البته اکنون خروجی انرژی در حدود چند ولت است و این قابلیت را دارد که تعدادی لامپ ال.ای. دی را روشن کند. به عبارت دیگرمقدار انرژی تولید شده کم است که در ادامه می توان بازده تبدیل انرژی را در این فناوری افزایش داد. اکنون گروه هایی از محققان در دیگر کشورهای دنیا به طور موازی در این زمینه کار می کنند.

این کار در قالب یک تیم پژوهشی به سرپرستی آقایان دکتر مسعود لطیفی و دکتر علی اکبر مرآتی از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر آقایان و محمد باقری مطلق پاشاکی، علی غیبی و محمد سجاد سرایانی بافقی از دانشجویان دانشکده تحصیلات تکمیلی دانشکده مهندسی نساجی انجام شده است.

لباس هایی شبیه لباس های معمولی

از این نخ نانوساختار می توان در تولید پارچه و لباس های هوشمند استفاده کرد. دکتر باقرزاده ضمن تائید این مطلب می گوید: هیچ محدودیتی در نوع و رنگ لباسی که با این نخ تهیه می شود وجود ندارد. مهم ترین ویژگی این نخ این است که قابلیت استفاده از آن در بافت پارچه وجود دارد و با نخ های معمولی که در تهیه لباس از آن استفاده می شود، هیچ تفاوتی ندارد.

تنها تفاوت آن نانوساختار بودن و قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. البته این طرح هنوز صنعتی نشده و نیازمند تکمیل مطالعات و پژوهش های مورد نیاز برای تولید صنعتی است. لباس های تهیه شده از این نخ قابل شست وشو است و هیچ سیم یا قطعه فلزی در این لباس استفاده نشده است. پلیمری که در تهیه این پارچه از آن استفاده شده پلیمری است که ویژگی های خاصی به آن داده شده است.

از نظر رفتاری کاملا شبیه الیاف معمولی است، اما از ویژگی پیزوالکتریک برخوردار است. از نظر وزنی هم هیچ تفاوتی ندارد و محدودیت حرکتی برای فرد ایجاد نمی کند.