پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

پارچه‌های فعال شده با جریان برق (الكتروفعال) و پوشاك‌های واسطه بین انسان و ماشین

كلیات

پارچه‌ها و الیاف فعال شده با جریان الكتریسیته (الكتروفعال) با كاربری‌های فراوان خود ارزش افزوده‌ای را به صنعت نساجی (در مقیاس تجاری)، از طریق ایجاد زندگی سالم و امن و راحت، اختصاص داده‌اند. همچنین این نوع پارچه‌ها و الیاف با توجه به ارائه پیشرفتهای فنی، فهم بهتری را در خصوص استفاده آسان از رابط‌های میان انسان و دستگاههای فنی بوجود آورده‌اند. برای نیل به این هدف تركیبی از فناوری‌های پیشرفته تولیدی در مقیاس میكرو، علم مواد و مهندسی نساجی و الكترونیك در تولید و ساخت پوشاك هوشمند از طریق استفاده از دانش و آگاهیهایی پیشرفته در ارائه نوآوری در حوزه نساجی با جامعیت بخشیدن و استفاده از حواس، توان و فانكشنهای الكترونیكی و برقی،  بكار گرفته می‌شود.

تولید اغلب پارچه‌های چند منظوره الكتروفعال ، به عنوان عامل بسیار مهمی در تكمیل، توسعه، پیشرفت و رقابت در موارد زیر مد نظر می‌باشد:

• كنترل سلامتی: شناسایی درمان بیماریها

• توانبخشی: بازیافتن توانائیهای از دست رفته

• كمك به سلامتی: كمك به معلولان برای داشتن زندگی با كیفیت بالاتر

• پزشكی ورزشی: افزایش قابلیت برای جلوگیری از خطرهای احتمالی و پیشرفت تكنیك‌های آموزشی

• پزشكی و انجام اعمال جراحی از راه دور: حمایت پزشكان و متخصصان

پارچه‌های چند منظوره فعال شده، می‌توانند در بازار تكنولوژی نوظهوری همچون موارد زیر بكار گرفته شوند:

• سیستمهای ارتباطی بی‌سیم قابل پوشش

• متمركز سازی و ردیابی اشخاص

• ارگونومی: راحتی و امنیت

• هویت اصلی: شبیه‌‌سازی سرگرمی‌ها و آموزش‌های حرفه‌ای

تلاشهای اندكی تا به حال در مورد طراحی و ساخت ابزارهای كاربردی پوشیدنی انجام گرفته است. اغلب این كارها محدود به تجمع تركیبات منحصرا الكترونیكی همچون میكروكنترولرها، دیودهای (LED_S) نصب شده در سطح، ترانزیستورهای پیزوالكتریك و … می‌شود كه این تركیبات باعث می‌شوند كه پوشاك عادی تبدیل به صفحه‌ای  متشكل از ابزار الكترونیكی شود. در پارچه‌های حاوی رشته‌های هادی جریان برق، این تركیبات برای رساندن قدرت نیرو به ابزار استفاده می‌شوند. مثال مناسب در این مورد تسهیل ارتباط میان این وسایل و ابزار از طریق این تركیبات می‌باشد. اخیرا اغلب تلاشها بر روی ساخت تراشه‌ها از طریق فرآیند تولید محصولات نساجی متمركز شده است.

هدف از این فصل ارائه دیدگاهی از پتانسیل كاربردی مواد آلی در ایجاد پارچه‌های هوشمند و سیستم‌های محرك است. بویژه در این فصل مراحل اولیه و مقدماتی اجرا و آزمایش پوشاك‌های تحریك‌پذیر با توجه به سیستمهای محرك قابل پوشش دیگر و لباس‌های با قابلیت ثبت علائم حیاتی انسان، شرح و توضیح داده شده است. گرچه یكی از اهداف مهم ما ساخت پوشاك‌های تحریك‌پذیری و واسطه‌ای است كه هم جنبه‌ پوشاك عادی داشته و هم از نظر كاربردی مهم كه ممكن است این اهداف در آینده محقق شوند، ولی با وجود این تمام تمركز خویش را بر روی استفاده و تكامل انواع اولیه این نوع محصولات، بكار گرفته‌ایم.

جدول 1-4 پلیمرهای مورد استفاده در طراحی سنسور و گونه اصلی معدنی آنها

جدول2-4- پلیمرهای مورد استفاده در طراحی محرك و گونه معدنی اصلی این پلیمرها

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

پارچه‌های هوشمند

مطالعات و استراتژی‌های متفاوتی بر پایه موادی حاوی مقاومت پیزو (piezoresistive) تحت مطالعه و تكامل می‌باشد. بر پایه این مطالعات سنسورها را می‌توان در پارچه‌های كشسان نصب نمود.

آماده‌سازی مواد و پارچه (پوشاك)

روشهای تولید متفاوتی برای عرضه خواص مقاومتی پیزو به پوشاك وجود داشته است. اولین روش شامل تولید پارچه‌های معمولی پوشش داده شده با لایه نازكی از پلی‌پیرول می‌باشد (ppy و پلیمرهای تركیب شده 2 الكترونی). ppy ، پلیمر رسانایی است كه خواص مناسب الاستیسیته را از طریق انتقال حرارتی و شیمیایی جمع‌آوری می‌كند. پارچه‌های كشسان لاكرا- پنبه پوشش داده شده با پلی پیرول كه به عنوان سنسورهای الاستیك عمل كرده توسط روش ارائه شده توسط Della santa و همكارش در سال 1999 تولید می‌شوند.

توصیف سنسورها (حسگرها)

سنسورهای CLR و ppy از طریق خصوصیات الكترومكانیكی دینامیكی و شبه استاتیكی (پیزو مقاومت) شناخته می‌شوند. بر این اساس، خواص حرارتی و فرسایشی پارچه‌های هوشمند در مرحله مقدماتی مورد سنجش و ارزیابی قرار گرفت.

شناسایی خصوصیات الكترومكانیكی سنسور از طریق اعمال كشش تك محوری با استفاده از حلقه متصل شده به یك موتور DC (موتور استفاده كننده از برق مستقیم) و خواندن تغییرات مشابه در مقامت الكتریكی، صورت می‌گیرد. موتور DC توسط اینكودر متصل به كامپیوتر PC ، حركت كرده و تحت كنترل قرار می‌گیرد. شناسایی خصوصیات شبه استاتیك از طریق افزایش جزئی كشش صورت گرفت. به منظور تخمین پهنای باند سنسورها، شبیه‌سازی مكانیكی سینوسی در افزایش فركانسها به كار گرفته شد و جزئیات فركانس پاسخ (واكنش)، تعیین شد.

نتایج و تجزیه و تحلیل آنها

پارچه‌های لاكرا/ پنبه پوشش داده شده با پلی پیرول(ppy)

در بررسی‌های انجام شده در مورد خصوصیات شبه استاتیك پارچه‌های پوشش داده شده با پلی‌پیرول فاكتور متوسط مقداری با نام GF تعریف می‌شود ()  كه R و L مقاومت و طول سنسور به ترتیب بوده و R₀ و L₀ مقادیر نهایی این پارامتر می‌باشند. مقادیر بدست آمده مشابه با مقادیر مرتبط با فلز نیكل حدود 13- می‌باشد. مقادیر عددی فاكتور GF كه از طریق درونیابی خطی نتایج (قبل از اشباع جریان الكتریسیته) به دست آمده است در شكل 1-4 گزارش شده‌اند. با توجه به این واقعیت كه مقدار بالای GF تعیین كننده مقدار مناسب معیار كشش در پارچه‌ها می‌باشد، دو مسئله مهم و جدی سنسورهای پارچه پوشش داده شده با پلی‌پیرول را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اولین شكل مربوط به تغییرات شدید نتایج با زمان مقاومت سنسور می‌باشد. دومین شكل زمان طولانی واكنش سنسورها می‌باشد.

تحریك پارچه‌ها

محرك‌های پلیمری فعال شده با جریان برق برای استفاده در پارچه‌ها تحت مطالعه و پیشرفت هستند. با این عمل می‌توان پوشاك را موتوریزه نمود. سه نوع مواد فعال شده (الاستومرهای دی الكتریك، پلیمرهای رسانا، نانولوله‌های كربنی) در آزمایشگاه ما تحت آزمایش و بررسی هستند.

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

پوشاكهای محرك الاستومر دی الكتریك

برای ساخت ابزارهای محرك با استفاده از این الیاف نیاز به برطرف كردن مشكلات متعددی است از جمله این مشكلات شناسایی روشهای مؤثری برای انجام عملیات و پیكربندی مناسب پوشاك و انتخاب مواد با كارایی بالا و اجرای فرآیند عادی ساخت ابزار می‌باشد.

لاستیكهای سیلیكونی به عنوان الاستومرهای دی الكتریك برای ساخت پوشاك محرك با كشسانی بالا مورد آزمایش قرار گرفتند . الاستومرهای دی الكتریك دارای مزایای متعددی است: ازدیاد خطی طول خطی تحریك تا بالاتر از 60% ، زمان واكنش سریع (كمتر از 10 میلیون ثانیه) و تولید تنش در مقیاس مگاپاسكال (perlin و همكارانش،2000). بازده این ابزارها با حوزه‌های الكتریكی بسیار محرك توضیح داده می‌شود. (در مرتبه ).

گونه اولیه محركی كه ساخته شد متشكل از لوله‌های توخالی سیلیكونی با دو الكترود فعال (گریس رسانای كربنی) استفاده شده در سطوح داخلی و خارجی بود. با بودن اختلاف پتانسیل میان الكترودها، پلیمر در میدان الكتریكی تحت تغییر شكل قرار می‌گیرد. آزمایش‌های اولیه ازدیاد طول 3% با ولتاژ در واحد ضخامت دیوار 85 ولت را گزارش كرده‌اند (شكل 9-4). نیاز به داشتن حوزه الكتریكی با محرك بالا محدودیت اصلی در استفاده تعریف نشده این محرك‌ها است.

محركهای لیف- پلیمری هادی (رسانا)

الیاف پلیمری رسانا (پلی آنیلین) تا بحال تولید و به عنوان محرك‌ها مورد آزمایش قرار گرفتند. آنها ازدیاد طول بزرگی (در حدود 1% و بیشتر) ، تنش زیاد (بالاتر از مگاپاسكال) و اختلاف پتانسیل الكتریكی با تحریك پایین (چند ولت) را در بر داشتند. مدلهای پارامتری Continuum و lumped برای اغلب محركها فرموله و تأیید شد. و ابزار لازم را برای كنترل الگوریتم فراهم كردند. هر چند كه هم اكنون استفاده محركها به دلیل بالا بودن زمان ثابت واكنش و چرخه عمر كم ، محدود شده است. هر دو فاكتور از طریق نیاز به نیروی محرك الكترومكانیكی تعریف شدند. تمام تلاشها برای محرك لیف پلیمری رسانای مناسبی است تا بتوان بر این مشكلات و محدودیت‌ها غلبه كرد  و محرك‌ها را تبدیل به پارچه‌های فعال كرد.

محركهای ساخته شده از نانولوله‌های كربنی لیفی

نانو لوله‌های كربنی لیفی تولید شده در ابتدا به عنوان محركهای شناسایی شدند. نانولوله‌های كربنی (كه اخیرا به عنوان مواد فعال شده مناسب برای كاربردهای تحریك‌پذیری استفاده می‌شوند، Baughman و همكارانش در سال 1999، به عنوان صفحه‌ای از تمام اتمهای كربنی رول شده (استوانه‌ای) با قطر خارجی 10نانومتر می‌باشد. داشتن خواص مناسب الكتریكی و مكانیكی، تنش محرك بالا ولتاژ محرك پایین و تراكم انرژی بالا، باعث می‌شود كه كابردهای مناسب و عالی را از این مواد انتظار داشته باشیم. Baughman و همكارانش در سال 1999 هر چند كه در حال حاضر تولید نانولوله‌های كربنی لیفی در حال پیشرفت در زمینه تولید الیافی است كه قادرند تمام پتانسیل برانگیختی‌شان را نشان بدهند.

پارچه‌های هوشمند برای كنترل سلامتی

نظریه جدید كنترل سلامتی، كنترل مداوم علائم حیاتی و ضروری بدن برای كمك به بیماران به منظور رفع بیماری، به صورت گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. سیستمهای حس‌گر – پوشیدنی بدون هیچ‌گونه عارضه‌ای به مصرف كننده این اجازه را می‌دهد كه به راحتی فعالیتهای روزانه خویش را بدون هیچ‌گونه زحمت و یا كسب آموزش در مورد چگونگی استفاده این سیستم‌ها انجام دهد. لباسهای هوشمند پیشرفته‌ای كه قادر به ثبت علائم حیاتی هستند در مطالعات قبلی شرح داده شده‌اند. تصور می‌شود كه این ابزارهای پوشیدنی، كنترل از راه دور پیوسته‌ای از وضعیت جسمانی بیمار به عمل می‌آورند. امكان ثبت علائم مشابه علائم حیاتی بدن، باعث ارائه پیام‌های هشدار دهنده و همچنین داشتن شرح اجمالی از وضعیت می‌شود. علائم حیاتی همچون الكتروكاردیوگرام (نوسان نگار ضربان قلب) ، ECG_S و الكترومیوگرام توسط پارچه‌های رسانا ثبت می‌شوند. این پارچه‌ها از رشته‌های استیل پیچیده شده به دور نخ‌های اكریلیك بافته شده‌اند. هنگامی كه دیاگرام‌های تنفس (برای كنترل سرعت تنفس) توسط پارچه با لایه CLR ثبت می‌شود، این نوارهای پارچه‌ای به نحوی به دور بدن پیچیده می‌شوند كه یك سر آن بر روی شكم و سر دیگر آن بر روی سر دیگر انسان قرار می‌گیرد. واكنش‌های ایجاد شده توسط این گونه پارچه‌ها، سنسورهای معمولی پیزوالكتریك مقایسه شد و نتایج بدست آمده از پارچه‌های جدید بسیار رضایت‌بخش بود (شكل 12-4).

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

پارچه‌های هوشمند برای ثبت حركت

ابزار قابل پوشش كه قادر به ثبت نقشه حركات جسمانی بدن بدون هیچگونه ناراحتی برای بدن می‌باشد، از طریق عدم انطباقهای مكانیكی بدن و كاربرد سنسور مربوطه علائم را تشخیص می‌دهد. حوزه كاربرد این پوشاك‌ها بسیار وسیع و گسترده می‌باشد. ابزار قابل پوششی كه در اینجا توضیح داده می‌شوند هر گونه نیازی مبنی بر تأمین راحتی و ثبت صحیح و دقیق حركات را برای سیستم برآورده می‌سازند. در اغلب حوزه كاری امروز، ابزار مورد استفاده آنقدر مایه زحمت و ناراحتی برای انسان هستند ، بنابراین یك پوشاك كاربردی و سودمند می‌تواند مزایای بیشماری داشته باشد. در این مطالعه دستكش و لباس سنسور شده (دارای مركز احساس) ساخته شد. این لباسها به ترتیب اجازه حركت بازوها، قسمت بالاتنه و انگشتان را می‌دهند. حوزه كاری این لباسها از توانبخشی در رشته‌های ورزشی تا كاربرد در برنامه‌های چند رسانه‌ای، گسترش دارد. خواص احساسی پوشاك تولید شده با سنسورهای CLR قبلا توضیح داده شده است.

ثبت حركات بدن

تعداد كمی از این تجهیزات كه تاكنون ساخته شده‌اند، قابلیت قابل توجهی در ثبت و كنترل حركات اعضای بدن، توسط خواندن زوایایی مشترك میان استخوان‌ها، را از خود نشان داده‌اند. شكل (a)13-4 قسمت چپ بلوز كه دارای سنسور شده است را نشان می‌دهد. سیگنال‌ها توسط سنسورهایی كه در قسمت چپ (L_S) و راست (R_S) بلوز تعبیه شده، ثبت شده و در شكل (b)13-4 گزارش شده‌اند.

كاربردهای چند رسانه‌ای

كاربرد پارچه‌های حاوی سنسور برای ثبت حركات بدن توسط قابلیت پخش ، صدا و تصویر از طریق حركات بدن توضیح داده می‌شود. نوارهای پارچه‌ای حاوی سنسور در مفاصل آرنج ، مچ و شانه قرار می‌گیرند و پدیده‌های چند رسانه‌ای به هر سنسوری ارتباط داده می‌شوند. سیگنالهای جمع شده از تمام سنسورها یك پیك اولیه‌ای را در زمانی كه سریعا كشیده می‌شوند، نشان می‌دهند. بنابراین این رفتار باید تعریف شده و در صورت لزوم شروطی برای این رفتار قید شود. همانگونه كه قبلا ذكر شد، مطالعات اولیه نشان داده‌اند كه زمانی كه سنسورهای پارچه تحت عملیات كششی و یا فشاری قرار می‌گیرند، مقاومتشان تغییر می‌كند. اگر تحریكهای مكانیكی ثابت بماند سیگنالها نیز به مقدار ثابتی می‌رسند. این رفتار برای كمی كردن سیگنالها بسیار مناسب است. با كشف (استخراج) دامنه تغییرات دینامیكی، مقدار آستانه در نقطه میانی ثابت می‌شود. زمانی كه از مقدار آستانه فراتر رود، پدیده صوتی و یا تصویری رخ می‌دهد. اجازه بدهید كه بحث را با مثال در مورد سنسور تعبیه شده در آرنج متمركز كنیم. زمانی كه بازو كاملا خم می‌شود، سنسور در موقعیت بیشترین حالت فشار بوده و دارای كمترین مقدار متفاوت می‌باشد.

منسوجات هوشمند به عنوان واسطه زیبایی

هدفهای نهایی تحقیقات ما گسترش گروه پوشاك‌های واسطه‌ای دو جانبه (حسگر و پاسخ‌دهنده) برای استفاده در اعمال جراحی و توانبخشی است (شكل 16-4)

برای رسیدن به این هدف نهایی روش‌ها و تكنیكهای مقداری در زمینه حسی، تحریك‌پذیری و كنترل باید توسعه یابد.

شكل 16-4- اشاره به نمایی از توانبخشی دارد. در این شكل یك پوشاك فعال شده دو طرفه توسط بیمار پوشیده شدهو این بیمار توسط یك پزشك متخصص از راه دور تحت كنترل و مراقبت است.

جراحی از راه دور نیز یكی از حوزه‌های مورد علاقه و توجه است. در جایی كه یك پوشاك فعال شده توسط یك جراح مورد استفاده قرار می‌گیرد، او باید با مهارت توانایی اداره عملیا ت را داشته باشد. او باید با مهارت بتواند عمل جراحی از راه دور را به تنهایی به انجام برساند. در حوزه توانبخشی یك پوشاك فعال دو جانبه می‌تواند در فیزیوتراپی یك بازوی فلج مورد استفاده قرار بگیرد. در این مورد در نهایت این ابزار كمك‌های لازم را برای حركت بازویی فلج فراهم می‌كنند.

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین

نتیجه‌گیری

در حال حاضر، توسعه تكنولوژی هوشمندسازی می‌تواند در عرض چند سال به سناریوئی جدید برای تولید و استفاده راحت از پوشاكهای هوشمند تبدیل شود. تلاشهای بیشتری باید بر روی پوشاك‌های واسطه از نظر كوچك كردن ابعاد حسگر، بالا بردن بازده كار آنها و بالا بردن اطمینان از آنها انجام شود.

پارچه‌های الكتروفعال پوشاك‌های واسطه انسان و ماشین