مفهوم المنسوجات التفاعلية الذكية

في مفهوم المنسوجات التفاعلية الذكية، بالإضافة إلى خاصية الذكاء، تُعدّ القدرة على التفاعل ميزةً مهمةً أخرى. وبصفتها السلف التكنولوجي للمنسوجات التفاعلية الذكية، فقد ساهم التطور التكنولوجي للمنسوجات التفاعلية إسهامًا كبيرًا في تطويرها.

يُقسّم النمط التفاعلي للمنسوجات الذكية التفاعلية عادةً إلى تفاعل سلبي وتفاعل نشط. عادةً ما تستشعر المنسوجات الذكية ذات الوظائف التفاعلية السلبية التغيرات أو المحفزات في البيئة الخارجية فقط، ولا تُصدر ردود فعل فعّالة؛ بينما تستجيب المنسوجات الذكية ذات الوظائف التفاعلية النشطة لهذه التغيرات في الوقت المناسب مع استشعارها للتغيرات في البيئة الخارجية.

تأثير المواد الجديدة وتقنيات التحضير الجديدة على المنسوجات التفاعلية الذكية

1. الألياف المعدنية - الخيار الأول في مجال الأقمشة التفاعلية الذكية

الألياف المطلية بالمعادن هي نوع من الألياف الوظيفية التي حظيت باهتمام كبير في السنوات الأخيرة. بفضل خصائصها الفريدة المضادة للبكتيريا والكهرباء الساكنة والتعقيم وإزالة الروائح الكريهة، تُستخدم على نطاق واسع في مجالات الملابس الشخصية، والعلاج الطبي، والرياضة، والمنسوجات المنزلية، والملابس الخاصة.

على الرغم من أن الأقمشة المعدنية ذات الخصائص الفيزيائية المحددة لا يمكن أن تسمى أقمشة تفاعلية ذكية، إلا أنه يمكن استخدام الأقمشة المعدنية كحامل للدوائر الإلكترونية، ويمكن أيضًا أن تصبح أحد مكونات الدوائر الإلكترونية، وبالتالي تصبح المادة المفضلة للأقمشة التفاعلية.

2. تأثير تكنولوجيا التحضير الجديدة على المنسوجات التفاعلية الذكية

تعتمد عملية تحضير المنسوجات التفاعلية الذكية الحالية بشكل أساسي على الطلاء الكهربائي والطلاء اللاكهربائي. ونظرًا لتعدد وظائف تحمل الأقمشة الذكية وحاجتها إلى موثوقية عالية، يصعب الحصول على طبقات أكثر سمكًا باستخدام تقنية الطلاء الفراغي. ونظرًا لعدم وجود ابتكار تكنولوجي أفضل، فإن استخدام المواد الذكية يقتصر على تقنية الطلاء الفيزيائي. وقد أصبح الجمع بين الطلاء الكهربائي والطلاء اللاكهربائي حلاً وسطًا لهذه المشكلة. فعادةً، عند تحضير الأقمشة ذات الخصائص الموصلة، تُستخدم الألياف الموصلة المصنوعة بالطلاء اللاكهربائي أولًا لنسج القماش. ويكون طلاء القماش المُحضر بهذه التقنية أكثر تجانسًا من القماش المُحصل عليه مباشرةً باستخدام تقنية الطلاء الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن مزج الألياف الموصلة مع الألياف العادية بشكل متناسب لتقليل التكاليف مع ضمان الوظائف.

في الوقت الحالي، تُعدّ قوة التصاق الطلاء وصلابته أكبر مشكلة تواجه تقنية طلاء الألياف. ففي التطبيقات العملية، يخضع القماش لظروف مختلفة، مثل الغسل والطي والعجن، وغيرها. لذلك، يجب اختبار متانة الألياف الموصلة، مما يفرض متطلبات أعلى على عملية التحضير وقوة التصاق الطلاء. فإذا لم تكن جودة الطلاء جيدة، فإنه سيتشقق ويتساقط عند الاستخدام الفعلي. وهذا يفرض متطلبات عالية جدًا لتطبيق تقنية الطلاء الكهربائي على أقمشة الألياف.

في السنوات الأخيرة، أظهرت تقنية الطباعة الدقيقة إلكترونيًا مزايا تقنية تدريجية في تطوير الأقمشة التفاعلية الذكية. تستخدم هذه التقنية معدات طباعة لترسيب الحبر الموصل بدقة على ركيزة، مما يُمكّن من تصنيع منتجات إلكترونية قابلة للتخصيص بدرجة عالية عند الطلب. على الرغم من أن الطباعة الدقيقة إلكترونيًا تُمكّن من إنشاء نماذج أولية سريعة للمنتجات الإلكترونية ذات الوظائف المتنوعة على ركائز متنوعة، وتتميز بإمكانية اختصار دورة الإنتاج وإمكانية التخصيص العالي، إلا أن تكلفة هذه التقنية لا تزال مرتفعة نسبيًا في هذه المرحلة.

علاوةً على ذلك، تُظهر تقنية الهيدروجيل الموصل مزاياها الفريدة في تحضير الأقمشة التفاعلية الذكية. فبفضل التوصيلية والمرونة، يُمكن للهلام الموصل أن يُحاكي الوظائف الميكانيكية والحسية للجلد البشري. وقد حظيت هذه الهلاميات باهتمام كبير في مجالات الأجهزة القابلة للارتداء، وأجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للزرع، والجلد الاصطناعي في العقود القليلة الماضية. وبفضل تكوين الشبكة الموصلة، يتميز الهيدروجيل بنقل سريع للإلكترونات وخصائص ميكانيكية قوية. وبصفته بوليمرًا موصلًا ذو توصيلية قابلة للتعديل، يُمكن للبولي أنيلين استخدام حمض الفيتيك والبولي إلكتروليت كمواد مُشَبَّبة لصنع أنواع مختلفة من الهلام الموصل. وعلى الرغم من موصليته الكهربائية الجيدة، إلا أن شبكته الضعيفة والهشة نسبيًا تُعيق تطبيقه العملي بشكل كبير. لذلك، يجب تطويره للتطبيقات العملية.

منسوجات تفاعلية ذكية تم تطويرها بناءً على تكنولوجيا المواد الجديدة

منسوجات الذاكرة الشكلية

تُدخل منسوجات الذاكرة الشكلية موادًا ذات خاصية ذاكرة شكلية إلى المنسوجات من خلال النسيج والتشطيب، ما يمنح المنسوجات خصائص ذاكرة الشكل. يمكن للمنتج أن يكون مشابهًا لمعادن الذاكرة، حيث يمكنه بعد أي تشوه أن يعود إلى شكله الأصلي بعد الوصول إلى ظروف معينة.

تشمل المنسوجات ذات الذاكرة الشكلية بشكل رئيسي القطن والحرير والصوف والهيدروجيل. صُنع نسيج الذاكرة الشكلية، الذي طورته جامعة هونغ كونغ للبوليتكنيك، من القطن والكتان، ويتميز بسرعة استعادة نعومته وصلابته بعد التسخين، كما يتميز بامتصاص جيد للرطوبة، ولا يتغير لونه مع الاستخدام طويل الأمد، كما أنه مقاوم للمواد الكيميائية.

تُعدّ المنتجات ذات المتطلبات الوظيفية، كالعزل، ومقاومة الحرارة، ونفاذية الرطوبة، ونفاذية الهواء، ومقاومة الصدمات، من أهمّ تطبيقات المنسوجات المتماسكة. وفي الوقت نفسه، أصبحت هذه المنسوجات، في مجال السلع الاستهلاكية للأزياء، موادًا ممتازة للتعبير عن لغة التصميم لدى المصممين، مما يمنح المنتجات تأثيرات تعبيرية فريدة.

المنسوجات المعلوماتية الإلكترونية الذكية

من خلال زرع مكونات إلكترونية دقيقة مرنة وأجهزة استشعار في القماش، يُمكن تحضير منسوجات ذكية تعتمد على المعلومات الإلكترونية. وقد طورت جامعة أوبورن في الولايات المتحدة منتجًا ليفيًا يُصدر تغيرات في انعكاس الحرارة وتغيرات بصرية عكسية مستحثة بالضوء. تتميز هذه المادة بمزايا تقنية كبيرة في مجال تصنيع الشاشات المرنة وغيرها من المعدات. في السنوات الأخيرة، ومع ازدياد الطلب على تقنية الشاشات المرنة من قِبل شركات التكنولوجيا المتخصصة في منتجات تكنولوجيا الهاتف المحمول، حظيت أبحاث تقنية شاشات المنسوجات المرنة باهتمام متزايد وتطور ملحوظ.

المنسوجات التقنية المعيارية

يُعد دمج المكونات الإلكترونية في المنسوجات باستخدام التكنولوجيا المعيارية لتحضير الأقمشة الحل التكنولوجي الأمثل حاليًا لتحقيق ذكاء الأقمشة. ومن خلال مشروع "مشروع جاكار"، تلتزم جوجل بتطبيق الأقمشة الذكية في شكل وحدات. وقد تعاونت الشركة حاليًا مع ليفايس، وسان لوران، وأديداس، وعلامات تجارية أخرى لإطلاق مجموعة متنوعة من الأقمشة الذكية لمختلف فئات المستهلكين.

لا ينفصل التطور السريع للمنسوجات التفاعلية الذكية عن التطوير المستمر للمواد الجديدة والتكامل المثالي بين مختلف العمليات الداعمة. وبفضل انخفاض تكلفة مختلف المواد الجديدة في السوق اليوم وتطور تكنولوجيا الإنتاج، سيتم تجربة وتطبيق أفكار جريئة في المستقبل لتوفير إلهام وتوجيه جديدين لصناعة المنسوجات الذكية.