حسگرهایی که با الهام از هنر «برش و تا» ساخته میشوند
تولید لباسهای هوشمند ایرانی با «حسگرهای پوشیدنی کریگامی»
در تحقیق جدیدی که توسط محققان ایرانی انجام شده است، ابعاد مختلف حسگرهای پوشیدنی مبتنی بر کریگامی مرور شده است؛ رویکردی که از «الگوهای برش و تا» برای توسعه سامانههای هوشمند، انعطافپذیر و مناسب استفاده روزمره در پوشاک و تجهیزات پوشیدنی بهره میگیرد.
فناوریهای پوشیدنی در سالهای اخیر به یکی از حوزههای مهم در پیوند میان مهندسی، سلامت، ورزش و زندگی روزمره تبدیل شدهاند. منظور از فناوری پوشیدنی، ابزارها و سامانههایی است که روی بدن یا درون لباس قرار میگیرند و میتوانند اطلاعاتی مانند حرکت، فشار، دما یا دیگر تغییرات را ثبت کنند. اما برای آنکه این ابزارها واقعا کاربردی باشند، باید همزمان چند ویژگی مهم داشته باشند: سبک باشند، بهخوبی با شکل بدن سازگار شوند، در برابر خم شدن و کشش آسیب نبینند و برای استفاده طولانیمدت آزاردهنده نباشند.
همین نیازها باعث شده پژوهشگران به سراغ طراحیهای تازهای بروند که از الگوهای طبیعی یا هنری الهام گرفتهاند. یکی از این الگوها، کریگامی است؛ روشی که بر پایه برشهای حسابشده در یک سطح ساخته میشود و میتواند رفتار مکانیکی ماده را بهطور چشمگیری تغییر دهد.
کریگامی در اصل هنر باستانی برش کاغذ است و در کنار اوریگامی، که بیشتر بر تا کردن بدون برش تکیه دارد، به منبعی الهامبخش برای طراحی مواد و سازههای نو تبدیل شده است. در این روش، با ایجاد برشهایی مشخص و گاه همراه با تا، میتوان سطحی ساده را به ساختاری تبدیل کرد که کش میآید، خم میشود، باز و بسته میشود و در عین حال پایداری خود را حفظ میکند.
این ویژگیها برای منسوجات هوشمند بسیار مهم هستند، زیرا پارچه و پوشاک دائما تحت کشش، فشار و حرکت قرار دارند. بر همین اساس، استفاده از ساختارهای کریگامی میتواند به ساخت لباسهای ورزشی، پزشکی و روزمرهای کمک کند که بهتر تهویه شوند، در نقاط خاص انعطاف بیشتری داشته باشند یا به حسگرهایی مجهز شوند که وضعیت بدن را دنبال کنند. به همین دلیل، بررسی علمی این فناوری برای آینده پوشاک هوشمند اهمیت زیادی پیدا کرده است.
در همین خصوص، محسن شنبه از دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی اصفهان به همراه یکی از همکاران همدانشگاهی خود، پژوهشی مروری انجام دادهاند. این پژوهش به شکلی ساده بر بررسی حسگرهای پوشیدنیای تمرکز دارد که با الهام از ساختارهای کریگامی طراحی میشوند و میتوانند در منسوجات هوشمند به کار روند. پژوهشگران کوشیدهاند نشان دهند که چگونه الگوهای برش و طراحی هندسی، عملکرد حسگرها را تغییر میدهد و چه ظرفیتهایی برای استفاده از این حسگرها در لباسها و ابزارهای پوشیدنی آینده وجود دارد.
یافتههای این بررسی که در «فصلنامه علوم و فناوری نساجی و پوشاک» وابسته به موسسه نساجی امروز و انجمن علمی فرش ایران منتشر شدهاند، نشان میدهند که کریگامی و اوریگامی دیگر فقط مفاهیمی هنری نیستند و به حوزه طراحی مهندسی مواد، منسوجات و ساختارهای چندمنظوره وارد شدهاند. در ساختارهای کریگامی، هندسه از طریق برشهای ظریف و گاهی تا کردن صفحات اولیه شکل میگیرد.
همین هندسه ویژه باعث میشود منسوجات حاصل، رفتارهای مکانیکی متفاوتی از خود نشان دهند، از جمله تغییر شکل دقیق، کشسانی بسیار بالا، بازشدگی کنترلشده و پایداری در چند جهت. این خصوصیات باعث میشوند چنین ساختارهایی برای طراحی حسگرهای پوشیدنی مناسب باشند، زیرا حسگر باید بتواند همزمان با حرکت بدن تغییر کند و همچنان کارایی خود را حفظ کند.
در بخش دیگری از نتایج آمده است که این روش ساده، بستری انعطافپذیر برای ترکیب اجزای الکتریکی و اجزای پاسخگو یا همان حسگرها فراهم میکند و میتواند راه را برای توسعه پوشاک هوشمند هموار سازد.
همچنین پیشرفت در فرایندهای ساخت کریگامی، توجه پژوهشگران را به انتخاب مواد مناسب جلب کرده است؛ موادی مانند پلیمرهای انعطافپذیر، صفحات رسانا و نانومواد. استفاده از این مواد سبب شده کاربرد این فناوری در منسوجات هوشمند، سلامت، ورزش و زمینههای مشابه جدیتر دنبال شود.
در جمعبندی این نتایج میتوان گفت مزیت اصلی کریگامی، فقط انعطاف بیشتر نیست، بلکه امکان طراحی دقیق رفتاری است که از یک حسگر یا یک بخش از لباس انتظار میرود.
بر این اساس، حسگرهای کریگامی به دلیل کشسانی زیاد و سازگاری بالا با شرایط مختلف، از گزینههای نوآورانه در فناوری حسگرها به شمار میروند. این حسگرها میتوانند در رباتیک، پایش سلامت، دستگاههای پوشیدنی انعطافپذیر و دیگر کاربردها استفاده شوند. یکی از نکات مهم درباره آنها، رابطه تنش و کرنش در طراحی است؛ یعنی وقتی ساختار در حالتهای مختلفی مانند صاف، چینخورده یا جمعشده قرار میگیرد، پاسخ آن نیز تغییر میکند.
این پاسخ میتواند به صورت تغییر مقاومت الکتریکی، تغییر حرکت یا حتی تغییر رنگ دیده شود. به بیان ساده، ساختار حسگر طوری طراحی میشود که با تغییر شکل، نشانهای قابل اندازهگیری تولید کند و همین ویژگی آن را برای ثبت اطلاعات بدنی یا محیطی مفید میسازد.
این تحقیق همچنین بر مزایایی مانند انعطافپذیری، وزن کمتر، هزینه پایینتر، استفاده از مواد سبک، کاربردهای متنوع و دقت بالاتر نسبت به برخی حسگرهای معمولی تأکید کرده است. به همین دلیل، حسگرهای کریگامی بهعنوان حسگرهای چندکاره مورد توجه قرار گرفتهاند. اهمیت این موضوع در آن است که در دنیای واقعی، یک ابزار پوشیدنی هرچه سبکتر، راحتتر و دقیقتر باشد، شانس بیشتری برای استفاده گسترده خواهد داشت.
از نگاه این بررسی، حسگرهای کریگامی نوعی جهش نوآورانه در این زمینه محسوب میشوند و اگر چالشها و محدودیتهای موجود برطرف شود، میتوان انتظار داشت در آینده کاربردهای بیشتری برای آنها شکل بگیرد؛ از لباسهای هوشمند تا سامانههای پزشکی و ابزارهای پیشرفته حرکتی.
نظر شما