بدو و برق توليد كن
خبر خوب براي آنهايي كه از گرما فرارياند يا دوندگان و علاقهمندان به اين ورزش تازه مد شده در ايران: «پژوهشگران لباس هوشمندي ساختند كه هم خنككننده است و هم از فعاليت بدن برق توليد ميكند». گزارش اين اختراع توسط نيواطلس منتشر شده و درباره آن توضيح داده شده: «پژوهشگران دانشكده مهندسي گرينگر در دانشگاه ايلينوي، مادهاي منسوج از جنس نانوماده مركب اكسيد زيركونيوم (ZrO₂) ساختهاند كه خنكسازي غيرفعال و برداشت انرژي مكانيكي ناشي از حركت بدن را با يكديگر تركيب ميكند. اين ماده با استفاده از خنكسازي تابشي، ۹۶ درصد از تابش ورودي خورشيد را بازتاب ميدهد و به اين ترتيب، در فضاي باز به خنك ماندن بدن كمك ميكند. اين ماده همچنين ميتواند گرماي بدن فرد را به شكل تابش حرارتي به محيط منتقل كند. از سوي ديگر ميتواند با تشخيص الكتريسيته تريبوالكتريك ايجاد شده هنگام حركت فرد و تماس بدن با پارچه، حركت را تشخيص دهد. اين مقدار بسيار كم برق ميتواند به عنوان يك سيگنال براي فناوريهاي متصل به لباس مورد استفاده قرار گيرد و به گفته پژوهشگران، حتي ميتواند انرژي مورد نياز برخي تجهيزات پوشيدني كوچك را تامين كند. ما تقريبا تمام زندگي خود را با لباسها ميگذرانيم. بنابراين منطقي است كه لباسها كاري فراتر از محافظت از بدن در برابر عوامل محيطي انجام دهند. همين ايده دانشمندان را به سمت ساخت لباسهايي با قابليتهايي مانند پايش سلامت، سازگاري با شرايط آبوهوايي، كنترل تعاملي و ترميم خودكار سوق داده است. مشكل اينجاست كه بيشتر اين قابليتها به سامانههاي فعال و پيچيده و در بسياري از موارد به چندين لايه مونتاژ شده با عملكردهاي متفاوت نياز دارند. راهكار پژوهشگران دانشگاه ايلينوي، كنار گذاشتن اين پيچيدگيها از طريق تركيب چند قابليت در يك پارچه چاپ سهبعدي شده است. هسته اصلي اين ماده را نانوماده مركب اكسيد زيركونيوم تشكيل ميدهد. اكسيد زيركونيوم دو ويژگي دارد كه پژوهشگران ميتوانند همزمان از آنها استفاده كنند. از نظر نوري، ضريب شكست بالاي آن باعث ميشود در پراكنده كردن نور خورشيد بسيار موثر باشد. از نظر الكتريكي نيز ويژگيهاي ديالكتريك آن به ماده كمك ميكند هنگام ايجاد و قطع تماس با مادهاي ديگر، بار تريبوالكتريك ايجاد و در خود جمع كند. به همين دليل، پژوهشگران مادهاي طراحي كردند كه هم براي خنكسازي تابشي و هم براي توليد برق از حركت بدن كاربرد دارد. علاوه بر اين، اين ماده را ميتوان با روش نوشتار مستقيم با جوهر يا Direct Ink Writing چاپ كرد؛ روشي از ساخت افزايشي كه در آن ماده از طريق يك نازل، خارج و به صورت لايه به لايه ساخته ميشود. برخلاف پارچههاي معمولي كه بخش قابل توجهي از گرماي خورشيد را جذب و آن را به بدن منتقل ميكنند، اين پارچه جديد ۹۶ درصد از تابش ورودي خورشيد را بازتاب ميدهد. اين ماده همچنين گسيلندگي ۹۷ درصدي در محدوده فروسرخ مياني دارد؛ يعني ميتواند گرماي بدن فرد را به شكل تابش فروسرخ بهطور موثري به محيط منتقل كند.
پژوهشگران در شرايط تابش مستقيم خورشيد در فضاي باز، دماي اين پارچه را حدود سه تا ۶ درجه سانتيگراد پايينتر از دماي هواي محيط اندازهگيري كردند. براي مقايسه، انسان در شرايط معمول ميتواند اختلاف دماي حدود يك درجه سانتيگراد در هوا را احساس كند. اما قابليتهاي احتمالي اين ماده به خنكسازي محدود نميشود و بخش ديگري از عملكرد آن به توانايياش در توليد برق مربوط است. احتمالا آن شوك الكتريكي كوچكي را كه گاهي پس از كشيدن پا روي فرش احساس ميكنيد، تجربه كردهايد. آن شوك در واقع برق است. همين اتفاق در پارچه جديد نيز رخ ميدهد؛ زماني كه فرد حركت ميكند و پوست او با پارچه تماس پيدا ميكند. تكرار اين حركت مكانيكي، يك پالس الكتريكي قابل تشخيص ايجاد ميكند كه حداكثر چگالي توان آن حدود ۴۷ ميليوات بر مترمربع است و خروجي الكتريكي پايدار در بيش از ۳۰ هزار چرخه عملكرد دارد. البته اين ميزان برق به هيچوجه براي شارژ تلفن همراه كافي نيست، اما براي بسياري از كاربردهاي ديگر، از جمله حسگرها ميتواند مفيد باشد. اگر اين پارچه به حسگر مناسبي متصل شود، سيگنال الكتريكي توليد شده ميتواند نشان دهد كه فرد در حال حركت است يا خير. شدت اين سيگنال همچنين ميتواند ميزان حركت را مشخص كند. پارچه را ميتوان به يك سامانه كنترلي نيز متصل كرد تا سيگنال توليد شده مانند يك فرمان يا محرك عمل كند. برق تريبوالكتريك توليد شده ميتواند براي فعال كردن سامانههاي مختلف ديگري نيز مورد استفاده قرار گيرد. براي مثال، اگر اين پارچه به شكل لباس خواب دوخته شود، ميتواند با تشخيص ميزان مشخصي از حركت، آژير هشدار يا سامانهاي ديگر را فعال كند».