Sustainable and Circular Wireless E-Textiles based on Modular Flexible Radio Frequency contactless Interposers
تقدم هذه الورقة نظاماً مستداماً ونمطياً للمنسوجات الإلكترونية اللاسلكية يستخدم وسيطات بينية مرنة ذات اقتران سعوي غير تلامسي، تتيح نقل بيانات بسرعة جيجابت عالية الأداء وتكاملاً للدوائر اللاسلكية النشطة، مع دعم إعادة التدوير بمساعدة المذيبات لتقليل الأثر البيئي بشكل كبير.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل عالماً لا تكون فيه الملابس التي نرتديها مجرد نسيج، بل رفقاء أذكياء قادرين على مراقبة صحتنا، أو التواصل مع أجهزتنا، أو حتى التكيف مع بيئتنا. تعتمد هذه الرؤية على "المنسوجات الذكية"، أو المنسوجات الإلكترونية، التي تمزج بين الطبيعة الناعمة والمرنة للقماش وبين الرقائق القوية والصلبة الموجودة في هواتفنا وحواسيبنا. لسنوات طويلة، كافح المهندسون للجمع بين هاتين المادتين المختلفتين تماماً. تتضمن الطرق التقليدية لحام المكونات الإلكترونية الصلبة مباشرة على القماش الناعم، وهي عملية تخلق نقاط ضعف عرضة للكسر عند تمدد الملابس أو انحنائها. علاوة على على ذلك، بمجرد خياطة هذه الإلكترونيات في قميص ما، يصبح من المستحيل تقريباً إزالتها، مما يعني أنه عندما تصل الملابس إلى نهاية عمرها، غالباً ما يتم التخلص من الرقائق القيمة مع القماش، مما يساهم في جبل متزايد من النفايات الإلكترونية. كان التحدي يكمن في إنشاء اتصال قوي بما يكفي لنقل البيانات عالية السرعة، ومرن بما يكفي ليتحرك مع الجسم، ونمطي بما يكفي ليتم تفكيكه وإعادة استخدامه.
لقد طور فريق من الباحثين في جامعة غلاسكو نهجاً جديداً يحل هذه المشكلات دون استخدام أي غراء أو لحام فيزيائي. فبدلاً من فرض لوحة دوائر صلبة على قطعة من القماش، ابتكروا نظاماً حيث يوضع المكونان ببساطة فوق بعضهما البعض، متلامسين ولكن غير متصلين. يطلقون على هذا "واجهة لا تلامسية". يتم تركيب المكونات الإلكترونية على لوحة دوائر رقيقة ومرنة، بينما يُطبع على القماش خطوط فضية خاصة تعمل كممرات للإشارات. وعند وضع اللوحة فوق القماش، يشكل الطبقتان مكثفاً صغيراً، وهو جهاز يمكنه تخزين الطاقة الكهربائية. يعمل هذا المكثف كجسر، مما يسم يسمح لإشارات الراديو بالقفز عبر الفجوة بين اللوحة والقماش دون الحاجة أبداً إلى سلك مادي أو وصلة لحام منصهرة لربطهما. الأمر يشبه إلى حد ما إمساك قطعتين من الورق بالقرب من بعضهما البعض؛ فعلى الرغم من عدم تلامسهما، يمكن لمجال مغناطيسي أن يمر بينهما، ولكن في هذه الحالة، هي إشارة كهربائية تمر عبر الفجوة الهوائية.
اختبر الباحثون هذه الطريقة لمعرفة ما إذا كان بإمكانها التعامل مع سرعات البيانات العالية المطلوبة للاتصالات اللاسلكية الحديثة. ووجدوا أن الاتصال كان فعالاً بشكل ملحوظ، حيث فقدت الإشارة القليل جداً من قوتها أثناء انتقالها من اللوحة إلى القماش. تمكنوا من إرسال البيانات بسرعات تصل إلى 3.6 جيجابت في الثانية، وهي سرعة كافية لبث الفيديو عالي الدقة أو دعم المراقبة الطبية المعقدة في الوقت الفعلي. ولإثبات متانة النظام، قاموا باختباره باستخدام إشارات راديو عالية القدرة، تشبه تلك التي قد يستخدمها جهاز إرسال قوي. وحتى عندما كان النظام يعمل بقدرة عالية، فإن درجة حرارة القماش بالكاد ارتفعت، وظلت أقل بكثير من المستويات التي قد تضر المادة أو تؤذي مرتديها. كما بنوا نظاماً لاسلكياً كاملاً، حيث ربطوا هذه الدوائر المرنة بهوائي صغير مطبوع مباشرة على القماش، وأظهروا أنه يمكنه إرسال واستقبال الإشارات عبر الهواء بنجاح.
لعل الجانب الأكثر أهمية في هذا العمل هو كيف يغير دورة حياة الملابس الذكية. نظرًا لأن اللوحة الإلكترونية ليست ملتصقة بالقماش بشكل دائم، يمكن إزالتها بسهطة عندما تبلى الملابس. أظهر الباحثون عملية إعادة تدوير بسيطة حيث استخدموا مذيباً خفيفاً وقليلاً من الحرارة لتليين الطبقة التي تثبت اللوحة في مكانها. سمح هذا بتقشير الوحدة الإلكترونية القيمة عن القماش القديم دون إتلافه. ثم أخذوا هذه الوحدة المستردة وربطوها بقطعة جديدة من القماش، وعملت تماماً مثل الجديدة. وهذا يعني أنه يمكن إعادة استخدام الأجزاء الإلكترونية المكلفة والمستهلكة للطاقة عدة مرات، بينما يمكن التخلص من القماش نفسه أو إعادة تدويره بشكل منفصل.
من خلال حساب التأثير البيئي لهذه العملية، أظهر الفريق أن إعادة استخدام الوحدات الإلكترونية تقلل بشكل كبير من البصمة الكربونية لصنع الملابس الذكية. إن الطاقة والمواد المطلوبة لتصنيع الرقائق هي أكبر المساهمين في التكلفة البيئية لهذه الأجهزة. ومن خلال إبقاء تلك الرقائق قيد الاستخدام لعدة أجيال من الملابس، وجد الباحثون أن إمكانية الاحتباس الحراري لكل جهاز تنخفض بنسبة 23 في المئة على الأقل مع كل إعادة استخدام. لا يقدم هذا العمل طريقة جديدة لتوصيل الأسلاك فحسب، بل يقدم طريقة جديدة للتفكير في مستقبل التكنولوجيا القابلة للارتداء، حيث يمكن للإلكترونيات عالية الأداء والأزياء المستدامة التعايش معاً دون المساس بالمتانة أو البيئة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.