توسعه تكنولوژي هوشمند براي منسوجات و پوشاك

این متن شامل 72 صفحه می باشد 

از قرن نوزدهم ، تغييرات تحول گونه با سرعتي غير قابل انتظار در بسياري از حوزه هاي علم و تكنولوژي صورت گرفته است كه اثرات عميقي بر زندگي بشر گذاشته است. اختراع چيپ هاي الكترونيكي، رايانه‌ها، اينترنت، كشف و تكميل نقشه ژنوم انساني و بسياري موارد ديگر كل جهان را تغيير داده است قرن گذشته پيشرفت هاي فوق العاده اي نيز دز صنعت منسوجات و پوشاك بوجود آورده كه داراي تاريخ چندهزار ساله است. شالوده هاي اساسي درك علوم طراحي شده است تا راهنماي كاربرد بهينه و پردازش تكنولوژي الياف طبيعي و توليد الياف سنتزي باشد. ما چيزيهاي زيادي از طبيعت آموخته‌ايم. رايون ويسكوز، نايلون، پلي استر و ساير الياف سنتزي در ابتدا براساس تقليد از همتاهاي طبيعي آنها ابداع گرديد. اين تكنولوژي به گونه اي پيشرفت كرده است كه الياف سنتزي و محصولات آنها در بسياري از جنبه ها از آنها فراتر رفته است.

روش هاي بيولوژيكي براي سنتز كردن پليمرها يا منسوجات بيانگر يك روش دوستانه محيط زيستي و انعطاف پذير براي بكارگيري منابع طبيعي است. طراحي و پردازش به كمك رايانه ها ، اتوماسيون با كنترل راه دور متمركز يا پراكنده و سيستم هاي مديريت تأمين زنجيره اي متمركز اينترنت محور بيش از پيش مشتري ها را به ابتداي زنجيره نزديك مي‌كند.

با نگاه به جلو درمي‌يابيم كه در آينده اين وضعيت بيشتر هم خواهد شد. در نتيجه توسعه هاي بعد ما بايد انتظار چه ظرفيت هاي جديدي را داشته باشيم؟ اين ظرفيت ها حداقل بايد شامل مقياس نانو، پيچيديگ، شناخت و كل گرايي باشد. توانايي جديد مقياس ترا سه درجه اهميت را علاوه بر هدف كلي حاضر و ت وانايي هاي محاسباتي قابل دسترسي كلي به ما مي دهد. در يك زمان كوتاه ما به ميليون ها سيستم و بيليون ها اطلاعات موجود در اينترنت متصل خواهيم شد. تكنولوژي هايي كه امكان بيش از يك تريليون عمل در ثانيه را مي دهند در دستور كار پژوهش است. تكنولوژي در مقياس نانو سه درجه اهميت پايين تر از اندازه بيشتر ابزار انسان ساخته امروزي را به ما مي دهد. اين تكنولوژي به ما امكان مي دهد تا اتم ها و مولكول ها را به گونه اي كم هزينه و با بيشترين روشهاي ممكن از نظر قوانين فيزيكي چينش كنيم. اين تكنولوژي به ما اجازه مي دهد تا ابررايانه هايي بسازيم كه روي سر يك الياف و دسته اي از نانوروبوت هاي پزشكي كوچكتر از يك سلول انسان قرار بگيرد تا سرطانها، عفونت ها ، شريانهاي مسدود شده و حتي سن پيري را درمان كند. توليد مولكولي دقيقا مشخص مي كند كه چه چيزي بايد ساخته شود و هيچ ماده آلوده كننده‌اي توليد نمي‌گردد.

ما در اين دوره هيجان انگيز زندگي مي كنيم و تأثيرات بزرگ تكنولوژي بر صنعت نساجي و پوشاك سنتي كه داراي يك چنين تاريخ طولاني است حس مي كنيم. به لحاظ سنتي بسياري از حوزه هاي علم و مهندسي تفكيك و متمايز شده اند. اخيراً حركت قابل توجه و همگرايي بين اين حوزه هاي تلاشگري صورت گرفته و نتايج آن خيره كننده بوده است. تكنولوژي اسمارت براي مواد اوليه و ساختارها يكي از اين نتايج است.

ساختارها و مواد هوشمند چه هستند؟ در طبيعت مثال هاي زيادي از ساختارهاي هوشمند وجود دارد. يك موجود زنده تك سلولي ساده ميتواند مباني موضوع را روشن كند. همانگونه كه در شكل 1-1 نشان داده شده شرايط متنوع زيست محيطي يا محرك ها روي لايه بيروني عمل مي كنند. اين شرايط با محرك ها ممكن است به شكل نيرو، درجه حرارت، تشعشع ، واكنش هاي شيميايي و ميدانهاي مغناطيسي و الكتريكي باشد.

حسگرهاي موجود در لايه بيروني اين اثرات شناسايي مي كند و اطلاعات حاصله براي تفسير و پردازش سيگنال به نقطه اي متصل مي شود. كه در آن سلول نسبت به اين شرايط زيست محيطي يا محرك ها به روشهاي متعددي مانند حركت، تغيير تركيب شيميايي و كنش هاي باز توليدي، واكنش نشان مي دهد. طبيعت بيليون ها سال و يك آزمايشگاه وسيع در اختيار داشته تا زندگي را توسعه دهد، در حاليكه نوع انساني تازه شروع به خلق ساختارها و مواد هوشمند كرده است.

ساختارها و مواد هوشمند را ميتوان به صورت مواد و ساختارهايي تعريف كرد كه محركها يا شرايط محيطي، مانند آنچه از منابع مكانيكي، گرمايي، شيميايي، الكتريكي، مغناطيسي يا ساير منابع حاصل مي‌شود، را حس كرده و نسبت به آن واكنش نشان مي‌دهد. بر طبق حالت واكنش مي‌توان آنها را به مواد هوشمند منفعل ، هوشمند فعال و بسيار هوشمند تقسيم كرد. مواد هوشمند منفعل فقط مي‌توانند شرايط محيطي يا محرك ها را حس كنند؛ مواد خيلي هوشمند خودشان مي توانند حس كرده، واكنش نشان دهند و سازگار شوند. حتي سطح بالاتري از هوش را ميتوان از ساختارها و مواد هوشمند كسب كرد كه قادرند پاسخ داده يا براي اجراي يك عمل در يك حالت دستي يا از پيش برنامه ريزي شده فعال شوند.

در اينگونه مواد سه جزء ممكن است وجود داشته باشد: حس گرها، محرك ها و واحدهاي كنترل. حسگرها يك سيستم عصبي را براي شناسايي سيگنال ها تأمين مي كنند. بنابراين در يك ماده هوشمند منفعل، وجود حسگرها ضروري است. محرك ها به طور مستقيم از يك واحد كنترل روي سيگنال هاي شناسايي شده كار مي كنند. آنها نيز به همراه حسگرها عناصر ضروري براي مواد هوشمند فعال مي‌باشند. حتي در سطوح بالاتر، همانند مواد هوشمند يا خيلي هوشمند، نوع ديگري از واحد ضروري است، كه همانند مغز از طريق شناخت، استدلال و فعال سازي ظرفيت ها عمل مي كند. اينگونه ساختارها و مواد منسوج در نتيجه تركيب موفق تكنولوژي پوشاك و منسوجات سنتي با علم مواد، مكانيك هاي ساختاري، حسگرها و تكنولوژي محرك ها، تكنولوژي پردازش پيشرفته، ارتباطات، هوش مصنوعي، بيولوژي و غيره، درحال تبدبل شدن به يك امر ممكن است.