المكثفات في التكنولوجيا القابلة للارتداء: تعزيز مستقبل الموضة

على مدى السنوات القليلة الماضية، تطورت التكنولوجيا القابلة للارتداء لتصبح مبادرة بحثية عالمية. وصلت مجموعة واسعة من الأجهزة القابلة للارتداء إلى السوق. ويشمل ذلك أجهزة الرعاية الصحية، والأجهزة القابلة للارتداء المعززة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والساعات الذكية، وأجهزة استشعار كابل الإنترنت، والنظارات المزودة بشاشة عرض رأسية.

تعتبر جميع هذه الأجهزة جزءًا من إنترنت الأشياء القابلة للارتداء، والتي تعد أيضًا مجموعة فرعية من إنترنت الأشياء. وهو يصف بشكل أساسي مجموعة جديدة من الأجهزة التي تتمتع بقدرات الاتصال من آلة إلى آلة. في هذه المقالة، ستتعرف على المكونات الإلكترونية للتكنولوجيا القابلة للارتداء، وتنفيذ هذه التقنيات، وكيف تعمل على تعزيز مستقبل الموضة. مواصلة القراءة للمزيد.

ما هي التكنولوجيا القابلة للارتداء؟

تصف التقنية القابلة للارتداء الأجهزة الذكية التي يتم تثبيتها على سطح الجلد لاكتشاف البيانات وتحليلها ونقلها إلى الأنظمة الحيوية. أحد الأمثلة المتوفرة حاليًا في السوق هو الملابس المدمجة بأجهزة الاستشعار والتي تتميز بجامعات الطاقة والهوائيات وأجهزة الاستشعار. يسهل هذا الابتكار أيضًا إنشاء أجهزة يمكن ارتداؤها تعتمد على نفسها لمراقبة الصحة والاستشعار والتواصل. يوجد حاليًا أكثر من ألف جهاز يمكن ارتداؤه في السوق اليوم. بعض هذه الأجهزة من علامات تجارية مشهورة مثل ساعات Apple وSamsung الذكية التي تتميز بأجهزة تتبع الصحة واللياقة البدنية. مثال آخر هو أجهزة الاستشعار المدمجة في الملابس التي تنتجها شركتي Adidas و Nike .

المكونات الإلكترونية للتكنولوجيا القابلة للارتداء

التقنيات القابلة للارتداء هي في الغالب أجهزة إلكترونية مرنة مصممة بمجموعة من الميزات المذهلة. يتضمن ذلك المتانة عند الضغط العالي أو درجة الحرارة العالية، وقابلية التوسع بتكلفة منخفضة، والمرونة التي تسمح باستخدامها على الكائنات الحية.

فيما يلي بعض المكونات الرئيسية لهذه الأجهزة التي يجب ملاحظتها:

الترانزستورات

هذه وحدة أساسية في الإلكترونيات، وهي في الأساس جهاز إلكتروني به أطراف، وهي محطة التصريف، ومحطة البوابة، ومحطة المصدر. عادةً ما يتم عزل طرف البوابة على طرفي المصدر والصرف، ويكون ذلك بعازل كهربائي عازل لمنع تدفق التيار إلى الأطراف. يتم استخدام أشباه الموصلات في توصيل أطراف الصرف والمصدر.

تتمثل الوظيفة الرئيسية للترانزستورات في العمل كمضخم لتعزيز التيار الكهربائي وكمفتاح للتحكم في تدفق التيار. وهذا يعزز السيطرة على الدوائر.

يعرض

تحتوي الأجهزة القابلة للارتداء أيضًا على شاشات مثل شاشة الهاتف. الطبقة الخارجية من هذه الإزاحات مصنوعة من مواد زجاج سيليكات الألمنيوم، بينما تتميز الطبقة الوسطى بمكثفات إلكترونية . توفر هذه المكثفات حساسية للكشف عن اضطرابات الأصابع على الشاشة. تتميز الطبقة الداخلية بشبكة من مصابيح LED التي يتم تعديلها بواسطة شاشة LCD.

تجدر الإشارة إلى أن مصابيح LED هي أيضًا صمامات ثنائية لأشباه الموصلات مصممة بالسيليكون المخدر. يسمح هذا التصميم بانبعاث الضوء بعد تحفيز التيار الكهربائي. تعمل جميع الطبقات الموجودة في الشاشة معًا لإنتاج صور رائعة على الجهاز.

مصادر الطاقة

هناك ثلاثة مصادر للطاقة تستخدم في إنتاج الأجهزة القابلة للارتداء. وتشمل المصادر الثلاثة ما يلي:

• المكثفات : تساعد المكثفات في تخزين الطاقة بين الأقطاب الكهربائية التي يفصل بينها عازل كهربائي أو عازل. يهدف هذا الفصل إلى منع تدفق الشحنات بين القطبين، مما قد يؤدي إلى تراكم الطاقة. من المهم أن نلاحظ أن المكثفات لديها أيضًا القدرة على إطلاق الطاقة، حتى مع كثافتها المنخفضة. حد تخزين الشحنة للمكثف هو السعة.
• المكثفات الفائقة : تشكل الوسط بين البطاريات والمكثفات. تحتوي المكثفات الفائقة عادةً على سعة أكبر بحوالي 100000 مرة من المكثف العادي، وهذا يسمح لها أيضًا بالشحن بشكل أسرع بكثير من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. كما أنها تأتي بأحجام وأشكال مختلفة، اعتمادًا على الجهاز الذي تستخدمه. يمكن للمكثفات الزائفة تخزين الطاقة كهروكيميائيًا مثل البطارية، بينما تقوم المكثفات الكهربائية مزدوجة الطبقة بتخزين الطاقة كهروستاتيكيًا مثل المكثف. المكثفات الفائقة الهجينة هي مزيج من كلا النوعين. الاعتقاد العام بين العديد من العلماء اليوم هو أن المكثفات الفائقة ستكون قادرة على استبدال البطاريات بالكامل في المستقبل القريب.
• البطاريات : عندما يتعلق الأمر بكثافة الشحن، فإن البطاريات هي الملك. وذلك لأنها تستطيع تخزين الطاقة الكهربائية كطاقة كيميائية محتملة. ولذلك، يمكن للإلكترونات الموجودة داخل البطارية أن تتحرك بين الأنودات والكاثودات. هناك أيضًا بطاريات قابلة لإعادة الشحن تعتمد على تفاعلات عكسية. ومن أمثلة هذه البطاريات بطاريات الليثيوم أيون الموجودة في الأجهزة المحمولة.

تُستخدم تقنيات مصادر الطاقة الثلاثة هذه على نطاق واسع في معظم الأجهزة الإلكترونية. لكي تصبح متاحة على نطاق واسع في التقنيات القابلة للارتداء، يجب إنتاج الإلكتروليتات والأقطاب الكهربائية لمكوناتها من مواد بوليمرية وعضوية. ومن المثير للاهتمام أنه تم بالفعل القيام بالكثير في هذا المجال. على سبيل المثال، تعتبر المواد النانوية الكربونية فعالة للاستخدام كأجهزة تخزين الشحنات بسبب مساحة سطحها العالية وموصليتها. كما يتم استخدامها الآن كأقطاب كهربائية في العديد من البطاريات اليوم.

لمحة عن المستقبل

في هذه المقالة، سلطنا الضوء على التطبيقات المختلفة للمواد المبتكرة المستخدمة في التكنولوجيا القابلة للارتداء اليوم. ومع ذلك، فإن تطبيقها في الأطراف الاصطناعية لم يتم استكشافه بالكامل بعد. ومع ذلك، في العصر الحديث، تركز الأبحاث الآن على تطوير مجموعة واسعة من المنسوجات المزودة بأجهزة استشعار لمراقبة وظائف الجسم بشكل فعال. أحد التحديات الرئيسية التي تواجه معظم الأجهزة القابلة للارتداء اليوم هو الحاجة إلى عمليات تصنيع واسعة النطاق لتلبية متطلبات الطاقة في التقنيات المتكاملة. التحدي الآخر هو تطوير وحدة نسيج مزودة بجهاز وتخزين الطاقة. يعد صنع تقنيات يمكن ارتداؤها فعالة من حيث التكلفة دون المساومة على الجودة والأداء تحديًا آخر نواجهه حاليًا. والشيء الجيد هو أن هناك مجموعتين بحثيتين عرضتا نماذج أولية في هذا المجال. في مجال العلوم، سيبدو المستقبل مشرقًا دائمًا، على الرغم من أنه لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به والعديد من التحديات التي يتعين مواجهتها. هناك أيضًا مجموعات أثبتت إمكانية إنشاء مخزن للطاقة للتقنيات القابلة للارتداء بمساعدة الآلات الصناعية.

خاتمة

توفر المكثفات والمكثفات الفائقة إمكانيات متعددة للتقنيات القابلة للارتداء، على الرغم من التحديات التي تواجه إنتاجها. ومع ذلك، نظرًا للقدرة على تصغير هذه الأجهزة دون تغيير معدلات النقل وسعة تخزين الطاقة، فإنها تخلق مساحة لـ التحسين والاعتماد كمصدر لتخزين الطاقة غير الفولطية وصديق للبيئة.