خيوط الحرير يمكن أن تحول الملابس إلى مولدات كهرباء.. تكنولوجيا قد تحدث تغييرا كبيرا في حياتنا اليومية

تخيل عالماً لا يقتصر فيه استخدام خيوط الحرير في الموضة فحسب، بل ويستخدم أيضاً في تشغيل الأجهزة.

تخيل سترة يومية يمكنها شحن هاتفك المحمول أو تشغيل الأجهزة الإلكترونية التي تراقب صحتك ــ كل هذا بفضل التكنولوجيا القابلة للارتداء التي تحول المنسوجات إلى مولدات للكهرباء.

قد يبدو هذا وكأنه مشهد من فيلم خيال علمي، ولكن مجموعة مخصصة من الباحثين تعمل على جلب هذه الرؤية إلى الحياة.

كانت العقبة الرئيسية في هذا المشروع حتى الآن هي العثور على مواد قادرة على توصيل الكهرباء بشكل ثابت ومناسبة للملابس أيضًا.

تمثل الأجهزة النسيجية الحرارية الكهربائية طريقًا مثيرًا للاهتمام لتشغيل الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء، لقد منع نقص البوليمرات المستقرة في الهواء من النوع n، حتى الآن، تطوير خيوط متعددة الخيوط من النوع n، والتي تعد ضرورية لتصنيع المنسوجات، يتم استكشاف الخصائص الحرارية الميكانيكية للبوليمر من النوع n الذي تم الإبلاغ عنه مؤخرًا بوليمر.

حل خيط الحرير

توصل باحثون من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد إلى حل لهذه المشكلة، فهم يستخدمون عنصرًا يوميًا مرادفًا لصناعة النسيج – خيوط الحرير – ويعطونها مظهرًا تكنولوجيًا عالي الجودة.

قام الخبراء بتغليف خيوط الحرير بمادة بلاستيكية موصلة تتمتع بخواص استثنائية لتحويل المنسوجات العادية إلى مولدات كهرباء.

هذه الأقمشة المستقبلية، أو ما يطلق عليها المنسوجات الحرارية الكهربائية، تعمل على تحويل الفوارق في درجات الحرارة بين أجسامنا والهواء المحيط بنا إلى جهد كهربائي. وقد تؤدي هذه التكنولوجيا إلى إحداث تغيير كبير في حياتنا اليومية والمجتمع ككل.

عند توصيلها بجهاز استشعار، يمكن لهذه المنسوجات تشغيل الأجهزة التي لا تحتاج إلى بطاريات، ويمكن أن تساعد أجهزة الاستشعار في مراقبة تحركاتنا أو قياس نبضات قلبنا.

نُشرت الدراسة في مجلة Advanced Science .

مزيج من الأمان والمرونة

وبما أن هذه الملابس يجب ارتداؤها بالقرب من الجسم، فيجب أن تلبي المواد المستخدمة معايير عالية من السلامة والمرونة.

قالت ماريافيتوريا كريجيرو، المؤلفة الرئيسية للدراسة وطالبة الدكتوراه في قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية في جامعة تشالمرز: “البوليمرات التي نستخدمها قابلة للانحناء وخفيفة الوزن وسهلة الاستخدام في كل من الشكل السائل والصلب. كما أنها غير سامة”.

تحقيق تقدم كبير باستخدام خيوط الحرير

يعتمد جزء كبير من المنهجية المستخدمة لإنشاء هذا الخيط الموصل على النتائج السابقة ضمن نفس مشروع البحث.

في الماضي، كان الخيط يحتوي على معادن للحفاظ على استقراره عند ملامسته للهواء، وقد تم تحقيق تقدم من خلال استخدام البوليمرات العضوية فقط في التصنيع.

نجح الباحثون الآن في تطوير نوع جديد من الخيوط التي أظهرت تحسنًا في التوصيل الكهربائي والاستقرار.

قطعة مفقودة من اللغز

ولإثبات كيفية استخدام هذا الخيط الجديد في مواقف الحياة الواقعية، ابتكر الباحثون مولدين حراريين كهربائيين – زر مخيط بالخيط وقطعة قماش بخيوط منسوجة.

عندما تم وضع هذه المنسوجات بين سطح ساخن وسطح بارد، لوحظ زيادة في الجهد.

وقال كريجيرو “لقد وجدنا القطعة المفقودة من اللغز لصنع خيط مثالي – وهو نوع من البوليمر تم اكتشافه مؤخرًا”،”يتمتع هذا المنتج بثبات أداء رائع عند ملامسته للهواء، وفي الوقت نفسه يتمتع بقدرة جيدة جدًا على توصيل الكهرباء، وباستخدام البوليمرات، لا نحتاج إلى أي معادن أرضية نادرة، وهي شائعة الاستخدام في الإلكترونيات”.

عصر جديد للمنسوجات الحرارية الكهربائية

في الوقت الحالي، لا يمكن إنتاج القماش والأزرار الحرارية الكهربائية بكميات كبيرة خارج المختبر. يجب تصنيع المادة وخياطتها يدويًا، وهو أمر شاق.

ومع ذلك، فإن الباحثين متفائلون بشأن إمكانات الخيط وإمكانية تطوير عملية آلية لتوسيع نطاقه.

“لقد أثبتنا الآن أنه من الممكن إنتاج مواد عضوية موصلة يمكنها تلبية الوظائف والخصائص التي تتطلبها هذه المنسوجات، وهذه خطوة مهمة إلى الأمام”، كما أشار البروفيسور كريستيان مولر، “توجد فرص رائعة في مجال المنسوجات الحرارية الكهربائية، ويمكن أن يكون هذا البحث مفيدًا جدًا للمجتمع”.

خيوط الحرير: دعم التطبيقات المستقبلية

وتمتد الاستخدامات المحتملة للمنسوجات الحرارية الكهربائية التي تعمل بخيوط الحرير إلى ما هو أبعد من الإلكترونيات الشخصية.

تخيل ملابس رياضية تراقب وتتكيف مع التغيرات الفسيولوجية للرياضي أثناء التدريب، أو ملابس المستشفيات التي تتعقب العلامات الحيوية باستمرار دون الحاجة إلى بطاريات أو شحن.

يمكن أيضًا استخدام هذه الأقمشة في المعدات العسكرية والخارجية، حيث توفر طاقة موثوقة ومستدامة في المناطق النائية حيث يكون الوصول إلى مصادر الشحن التقليدية محدودًا.

وبالإضافة إلى الأجهزة القابلة للارتداء، قد تكون لهذه التكنولوجيا تطبيقات في المنسوجات المنزلية الذكية، مثل البطانيات التي تساعد في الحفاظ على درجة حرارة مريحة أو الستائر التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة.

الحد من النفايات الإلكترونية

استخدام المواد المستدامة وغير السامة مثل الحرير والبوليمرات العضوية يمكن أن يساعد أيضًا في تقليل النفايات الإلكترونية، مما يوفر بديلاً صديقًا للبيئة للبطاريات والأجهزة التي تستخدم لمرة واحدة.

ورغم أن النسيج والأزرار الحرارية الكهربائية تتطلبان حالياً تصنيعاً يدوياً في المختبر، فإن الباحثين متفائلون بشأن المستقبل.

ومع التقدم المستمر، يأمل الخبراء في تطوير أساليب إنتاج آلية يمكنها جعل تقنية خيوط الحرير هذه متاحة على نطاق أوسع، مما يمهد الطريق لحلول الطاقة المستدامة القابلة للارتداء.