يتنزّل البشر منذ عشرات الآلاف من السنين بارتداء الملابس لحمايتهم وراحتهم. بالرغم من التقدّم في صناعة النسيج، لم تتغير الوظيفة الأساسية للملابس كثيراً. بحث جديد نُشر في مجلة «Advanced Science» قد يغيّر هذا الوضع. صنع علماء من جامعة إلينوي في الولايات المتحدة نسيجاً ذكياً يبرّد الجسم ويستشعر الحركة ويولّد الكهرباء في الوقت نفسه، وذلك من دون طبقات إضافية أو دوائر إلكترونية متكاملة.
درع حراري للجسم
هذا النسيج مبني على طباعة بوليمرية من PDMS ومعزّز بمزيج من ثاني أكسيد الزركونيوم (ZrO₂). النتيجة نسيج خفيف ومرن وقابل للغسل وتنفّس. حوّل الباحثون هذه المادة إلى بنية أليافية باستخدام تقنية الطباعة المباشرة للحبر (Direct Ink Writing).
يُحدث ثاني أكسيد الزركونيوم تأثير تبريدي بآليتين. الأولى أن يعكس نحو 96 في المئة من ضوء الشمس المباشر. والثانية أن يبعث حرارة الجسم إلى البيئة عبر الإشعاع الحراري. تحافظ هذه التكنولوجيا على درجة حرارة تحت النسيج أقل بمقدار 3 إلى 6 درجات مئوية من الهواء المحيط. هذه الخاصية مفيدة خصوصاً للعمال الذين يضطرون للبقاء في الهواء الطلق لساعات خلال موجات الحر. في النص العلمي للمقال، ذُكر أن الانعكاس الشمسي لهذا المركب القابل للطباعة نحو 97.3 في المئة وانبعاثية الأشعة تحت الحمراء نحو 96.9 في المئة.
مستشعر حركة ومولّد طاقة
لا تقتصر ميزات النسيج على التبريد. عندما يتحرّك الشخص، ينتج احتكاك النسيج بالجلد شحنة ثابتة؛ ظاهرة تُسمى التأثير الكهرواحتكاكي (triboelectric effect). تعزز الخاصية العازلة لأكسيد الزركونيوم تراكم هذه الشحنة. ولهذا السبب تُستخدم مادة واحدة للتبريد بالإشعاع ولتوليد الكهرباء من الحركة.
القدرة الكهربائية المنتجة ضئيلة ونحو 47 ميليواط لكل متر مربع، لكنها كافية لتغذية الأجهزة الصغيرة قليلة الاستهلاك، ويمكن أن تؤدي أيضاً دور مستشعر الحركة. أظهر الباحثون أيضاً أن إشارات الكهرواحتكاك الناتجة عن الحركة يمكن أن تُشغّل التسخين بالجول بشكل لحظي. بهذه الطريقة يمكن للنسيج أن ينتقل بين التبريد السكوني والتدفئة النشطة حسب الظروف.
من الملابس الرياضية إلى القفازات الذكية
التطبيق الواضح الأول لهذا النسيج هو الملابس الرياضية المبردة، لكن مجاله أوسع من ذلك. وضع الباحثون قطعاً من النسيج على الكوع لمراقبة حركة الذراع، ثم استخدموه على الأصابع لتسجيل وتفسير إشارات لغة الإشارة. تفتح هذه النتائج الطريق لاستخدام النسيج في ملحقات تفاعلية، مثل القفازات الذكية للواقع الافتراضي.
أكد الباحثون مرونة النسيج وقدرته على التنفّس. التحدي التالي هو تقييم مدى راحته في الاستخدام اليومي وطويل الأمد.
هذا النسيج مثال آخر على سعي الباحثين لصنع ملابس متعددة الأغراض؛ ملابس تعتمد بدلاً من البطاريات والدوائر المعقّدة على خصائص المادة نفسها للتبريد والاستشعار وتوليد الطاقة.