معرفی لباس‌های هوشمند جدید
لباس، یکی از نیازهای اساسی انسان‌هاست، اما به نظر می‌رسد پیشرفت آن به اندازه سایر تکنولوژی‌ها سریع نیست. اما حالا دانشمندان یک پارچه قابل چاپ ساخته‌اند که می‌تواند دما را کاهش دهد، حرکت را تشخیص دهد و بدون نیاز به سیستم‌های خارجی یا لایه‌های متعدد، برق تولید کند. محققان دانشگاه ایلینوی، یک ماده پارچه‌ای نانومکامپوزیت با اکسید زیرکونیوم (ZrO₂) ایجاد کرده‌اند که ترکیبی از خنک‌کنندگی غیر فعال و برداشت انرژی بیومکانیکی است.
این ماده با استفاده از خنک‌کنندگی تابشی، ۹۶ درصد از تابش خورشیدی ورودی را بازتاب می‌دهد و در نتیجه، فرد پوشنده آن در فضای باز احساس خنکی می‌کند. همچنین این پارچه می‌تواند انرژی حرارتی بدن فرد را هم به خارج منتقل کند. جالب اینجاست که این ماده می‌تواند حرکت را با تشخیص الکتریسیته تریبوالکتریک که در اثر حرکت فرد ایجاد می‌شود، حس کند. این مقدار بسیار کم انرژی الکتریکی می‌تواند به عنوان سیگنالی برای تکنولوژی‌های یکپارچه استفاده شود.
ما تقریباً ۱۰۰ درصد زندگی‌مان را در لباس می‌گذرانیم و بنابراین باید بیشتر از این که فقط ما را از عوامل طبیعی محافظت کنند، کارایی داشته باشند. همین تفکر باعث شده که دانشمندان لباس‌هایی با قابلیت‌های نظارت بر سلامت، سازگاری با آب و هوا، کنترل تعاملی و خودترمیمی اختراع کنند. اما مشکل اینجاست که بیشتر این عملکردها نیاز به سیستم‌های پیچیده و فعال دارند و در بسیاری از موارد به چندین لایه مونتاژ شده با عملکردهای مختلف احتیاج است.
راه‌حل محققان دانشگاه ایلینوی این است که چندین عملکرد را در یک پارچه چاپ سه‌بعدی ترکیب کنند. در حقیقت این پارچه با استفاده از اکسید زیرکونیوم (ZrO₂) نانومکامپوزیت تولید شده است. زیرکونیا دو ویژگی دارد که محققان می‌توانند به طور همزمان از آن بهره‌برداری کنند. از نظر نوری، شاخص شکست بالای آن باعث می‌شود که بسیار خوب نور خورشید را پراکنده کند. از لحاظ الکتریکی، ویژگی‌های دی‌الکتریک آن کمک می‌کند تا بار تریبوالکتریک را در زمان تماس و جداسازی با مواد دیگر جمع‌آوری کند.
این پارچه جدید به روش نوشتن جوهر مستقیم قابل چاپ است که یک نوع تولید افزودنی مبتنی بر اکستروژن است. بر خلاف پارچه‌های معمولی که مقدار زیادی از گرمای خورشید را جذب کرده و به بدن فرد منتقل می‌کنند، این پارچه جدید ۹۶ درصد از تابش خورشیدی ورودی را بازتاب می‌دهد. همچنین، این ماده دارای ۹۷ درصد امیسیویتی در میانه مادون قرمز است که آن را بسیار مؤثر در تاباندن حرارت بدن به عنوان تابش مادون قرمز می‌کند. محققان در زیر نور خورشید، دما را حدود ۳ تا ۶ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از دمای هوای محیط اندازه‌گیری کردند.
اگر بخواهیم به دیگر قابلیت‌های این ماده بپردازیم، باید بگوییم که این پارچه می‌تواند الکتریسیته تولید کند. آیا تا به حال بعد از مالیدن پاهایتان به یک فرش کوچک، احساس شوک الکتریکی کرده‌اید؟ این واقعاً الکتریسیته است. در مورد این پارچه جدید هم، وقتی فرد حرکت می‌کند و پوستش با آن تماس پیدا می‌کند، همین اتفاق می‌افتد. حرکت مکانیکی مکرر، یک پالس الکتریکی قابل شناسایی تولید می‌کند. مقاله‌ای که در مجله Advanced Science منتشر شده، از چگالی توان اوج حدود ۴۷ میلی‌وات بر متر مربع و خروجی الکتریکی پایدار در بیشتر از ۳۰ هزار چرخه کاری گزارش می‌دهد. هرچند این مقدار الکتریسیته به هیچ وجه برای شارژ گوشی کافی نیست، اما برای بسیاری از کاربردهای دیگر، از جمله حسگری، مفید است.
این پارچه می‌تواند به یک سیستم کنترل متصل شود که در آن سیگنال به عنوان یک محرک عمل می‌کند. محققان این قابلیت را با ترکیب پارچه با یک لایه پارچه‌ای هادی زیرین برای ایجاد یک سیستم مدیریت حرارتی تطبیقی نشان دادند. زمانی که پوشنده ثابت بود، خنک‌کنندگی تابشی غیرفعال دما را پایین نگه می‌داشت. اما در عوض، وقتی فرد حرکت می‌کرد، الکتریسیته تریبوالکتریک سیگنالی تولید می‌کرد که لایه هادی زیرین را فعال می‌کرد.
