شبکه انرژی نساجی به صورت بی‌سیم شارژ می‌شود، می‌تواند پوشیدنی‌ها را متحول کرده و نیاز به باتری را از بین ببرد
پژوهشگران از نانومواد استفاده کرده‌اند تا نسل جدیدی از نساجی‌ها را توسعه دهند که از فناوری شارژ بی‌سیم پشتیبانی می‌کند.
این نوآوری می‌تواند به الکترونیک‌های مبتنی بر پارچه کمک کند تا به منبع قدرتی دسترسی یابند که کاربران نیازی به حمل و نقل باتری‌های حجیم نداشته باشند.
تیم پژوهشی شامل اعضایی از دانشگاه درکسل، دانشگاه پنسیلوانیا و آزمایشگاه‌های اکسنتور کالیفرنیا ادعا می‌کند که می‌توانند دستگاه‌های نساجی را که داده‌ها را به‌صورت واقعی انتقال می‌دهند، مثل حسگرهای محیطی و یک عنصر گرمایشی، تأمین انرژی کنند.
«به دلیل رسانایی بالا، سطح فعال الکتروشیمیایی و قابلیت تولید پوشش‌هایی بدون افزودنی از جوهرهای آبی، MXeneها ماده‌ای ایده‌آل برای ادغام با پارچه‌ها جهت اضافه کردن قابلیت‌هایی مانند تولید و ذخیره انرژی الکتریکی هستند.» این مطلب توسط تیم پژوهشی بیان شده است.
نساجی‌های هوشمند بدون درز
الکترونیک‌های مبتنی بر پارچه (e-textiles) به سرعت در حال پیشرفتند. آن‌ها مزایای منحصر به فردی مانند انعطاف‌پذیری، سطح زیاد و نزدیکی به کاربران ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای پزشکی، ورزشی و تعامل‌های انسان-کامپیوتر ایده‌آل می‌سازد.
مزیت اصلی آن‌ها در ادغام بدون درز عملکردهای جمع‌آوری داده مستقیماً در لباس‌ها بدون بخش‌های سخت یا دستگاه‌های اضافی است. برای استفاده عملی، مانند نظارت بر ضربان قلب یا پیگیری فعالیت، الکترونیک‌های پارچه‌ای به یک منبع انرژی قابل‌اعتماد نیاز دارند.
یوری گوگوتسی، استاد در کالج مهندسی درکسل و رهبر تحقیق، در بیانیه‌ای گفت: «این منابع انرژی حجیم معمولاً به قطعات سختی نیاز دارند که به دو دلیل اصلی ایده‌آل نیستند. اول، آن‌ها برای پوشنده ناراحت‌کننده و مزاحم هستند و تمایل به خرابی در ادغام بین الکترونیک سخت و پارچه نرم در گذر زمان دارند—یکی از مشکلاتی که به‌ویژه برای الکترونیک‌های پارچه‌ای مشکل‌ساز است، موضوع شستشوو پذیری است.»
هرچند که توسعه‌های اخیر نشان داده‌اند که ذخیره‌سازی انرژی در پارچه‌ها ممکن است، رساندن برق به شکلی راحت همچنان یک چالش است. یک شبکه انرژی پوشیدنی کارآمد برای ادغام و تأمین انرژی به‌صورت کامل این سیستم‌های الکترونیکی پارچه‌ای ضروری است.
تیم یک راه‌حل قابل اعتماد ارائه داده است که می‌تواند بر روی یک بستر پنبه سبک و انعطاف‌پذیر به اندازه یک تکه کوچک چاپ شود.
این فرایند امکان پوشش‌دهی پارچه‌ها با جوهر رسانای MXene را فراهم می‌کند تا یک شبکه انرژی ایجاد شده که می‌تواند به‌صورت بی‌سیم شارژ شود.
این شامل سه ابرخازن نساجی است که قبلاً توسط آزمایشگاه‌های درکسل و اکسنتور ایجاد شده و انرژی ذخیره می‌کنند و می‌توانند از آن برای تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی استفاده کنند. همچنین شامل یک کویل رزوناتور چاپی است که به عنوان یک MX-coil شناخته می‌شود و می‌تواند موج‌های الکترومغناطیسی را به انرژی تبدیل کند و شارژ بی‌سیم را ممکن سازد.
طبق گفته‌های پژوهشگران، شبکه قادر به شارژ بی‌سیم با ولتاژ ۳٫۶ بوده که برای تأمین انرژی دستگاه‌های کوچکی مانند محاسبه‌گرها و ساعت‌های مچی، مدارهای دیجیتالی در کامپیوترها و حسگرهای پوشیدنی کافی است.
آزمایش‌ها نشان دادند که دستگاه‌های کوچک می‌توانند با ۱۵ دقیقه شارژ تقریباً ۹۰ دقیقه کار کنند. و بعد از یک سری طولانی از خمشدگی و دوره‌های شستشو برای شبیه‌سازی سایش و پارگی که بر روی لباس‌ها اعمال می‌شود، عملکرد آن‌ها به سختی تغییر یافت.
پوشیدنی‌های مبتنی بر MXene
کار بیشتر توسط پژوهشگران نشان داد که برخی از کاربردهای الکترونیک‌های پارچه‌ای ممکن است بدون ذخیره‌سازی انرژی کار کنند و انرژی بی‌سیم مداوم برای پیگیری حرکت و علائم حیاتی در محل‌های ثابت فراهم کنند.
در این باره، آن‌ها از سیستم استفاده کردند تا به‌صورت بی‌سیم به یک میکروکنترلر نیرو بدهند تا داده‌های جمع‌آوری شده را به صورت زمانی پخش کند و همچنین مجموعه‌ای از حسگرهای دما و رطوبت موجود در بازار. ویژگی پخش هم‌زمان نسبتاً انرژی‌بر حسگرها با ۳۰ دقیقه شارژ بی‌سیم ۱۳ دقیقه کار کرد.
دانشمندان از MX-coil برای تأمین انرژی یک عنصر گرمایی چاپ شده بر روی پارچه به نام هیتر ژول به عنوان یک اثبات مفهوم استفاده کردند و این باعث افزایش دما به حدود ۴ درجه سانتیگراد شد. طبق گزارش پژوهشگران، شارژ بی‌سیم می‌تواند دستگاه‌های متعددی را شارژ کند، به‌ویژه آن‌هایی که در کاربردهای سلامتی استفاده می‌شوند، بهبود راحتی و کیفیت داده‌ها را به همراه دارد. شبکه‌های انرژی مبتنی بر پارچه همچنین می‌توانند از LEDها و پوشیدنی‌های هپتیک و کنترل دستگاه‌های خارجی به‌طور بی‌درز پشتیبانی کنند.
مرحله بعدی توسعه این فناوری نشان دادن این است که سیستم چگونه می‌تواند بدون محدود کردن عملکرد آن یا محدود کردن ظرفیت ادغام آن با پارچه‌ها گسترش یابد.
طبق گفته تیم، مواد MXene برای تبدیل بسیاری از تکنولوژی‌ها به پارچه‌ها ضروری خواهند بود. علاوه بر اینکه قابلیت استفاده بر روی بیشتر بسترهای نساجی را دارند، چندین دستگاه مبتنی بر MXene به‌عنوان اثبات مفهوم نشان داده شده است که کار می‌کنند.
تیم تحقیقاتی از طریق شارژ بی‌سیم در حال تولید قدرت کافی هستند تا از کاربردهای متعدد پشتیبانی کنند. گام‌های بعدی بر روی ادغام بی‌درز تمرکز دارند.
الکس اینمان، همکار تحقیقات و دستیار تحقیق با گوگوتسی، در بیانیه‌ای گفت: «یکی از راه‌های بزرگ که MXene می‌تواند به این مسئله کمک کند این است که می‌تواند برای بسیاری از این عملکردها استفاده شود - مدارهای رسانا، آنتن‌ها، و حسگرها، به عنوان مثال - و نگرانی از برخورد مواد که ممکن است باعث خرابی الکتریکی یا مکانیکی شود، حذف شود.»
جزئیات تحقیق تیم در ژورنال مواد امروز منتشر شد.
