تقدم كبير في مجال الإلكترونيات القابلة للارتداء

نجح باحثون من سنغافورة بتصميم ألياف شبه موصلة رفيعة للغاية قادرة على الاندماج في الأقمشة، وتحويل الملابس العادية إلى أجهزة ذكية يمكن ارتداؤها.

وتمثل أبحاث هؤلاء العلماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية "NTU" تقدمًا كبيرًا في مجال الإلكترونيات القابلة للارتداء، حسبما أفاد موقع "phys .org".

وأضاف الموقع أن مرحلة إنشاء ألياف أشباه الموصلات الوظيفية واجهت العديد من التحديات، كان من أهمها ضرورة المرونة والبناء الخالي من العيوب لضمان نقل إشارة مستقر، فغالبًا ما أدت طرق التصنيع السابقة إلى عيوب ناجمة عن الإجهاد الكهربائي، ما أعاق أداء وموثوقية نوى أشباه الموصلات.

وأردف أنه بسبب ذلك، شرع فريق الباحثين في رحلة من المحاكاة الدقيقة لفك تعقيدات الضغط وعدم الاستقرار أثناء عملية التصنيع الأخيرة.

ومن خلال نهج متعدد التخصصات، يشمل خبرة علوم المواد والهندسة الميكانيكية والكهربائية، ابتكر الفريق تصميمًا ميكانيكيًا يتحايل على القيود السابقة.

وتوصلت النتائج إلى ألياف رفيعة وخالية من العيوب تمتد لمسافة 100 متر، والأهم من ذلك، أنها تندمج بسلاسة في الأقمشة باستخدام التقنيات الحالية، مما يمهد الطريق لاعتمادها على نطاق واسع.

وجرى بالفعل عرض الألياف المبتكرة في سلسلة من النماذج الأولية، بدءًا من القبعة الذكية التي تساعد ضعاف البصر في عبور الطريق، إلى القميص الذي يمكن استخدامه كدليل للمتحف، والساعة الذكية المزودة بمستشعر مرن لمراقبة معدل ضربات القلب بدقة أثناء الأنشطة البدنية.

وكان من الأمور الأساسية لتطوير هذه الألياف الخالية من العيوب، الاختيار الدقيق لأشباه الموصلات والمواد الاصطناعية، فمن خلال الاستفادة من سمات مثل الاستقرار الحراري، والتوصيل الكهربائي، والتوافق مع نطاقات الضوء المختلفة، قام الفريق بصياغة تركيبة ناجحة.

كما أن اختيار السيليكون، الذي يتميز بمرونته ووضوحه في ظل الظروف القاسية، عمل كمكمل لعنصر الجرمانيوم، المشهور بحركته الإلكترونية السريعة وتوافقه مع الأشعة تحت الحمراء.

وتضمنت عملية التصنيع سلسلة من الخطوات الدقيقة من التسخين والسحب، تشبه عملية قولبة الأواني الزجاجية.

ومن خلال التلاعب الإستراتيجي بنقاط الانصهار ومعدلات التمدد الحراري، نجح الفريق في تصنيع خيوط من مادة شبه موصلة مغلفة داخل أنابيب زجاجية، فيما أدى التكامل اللاحق مع أنابيب البوليمر والأسلاك المعدنية إلى إنتاج خيوط مرنة ذات جودة لا مثيل لها.

وأكدت التجارب المعملية الأداء المتفوق لهذه الألياف شبه الموصلة، حيث تتميز بالاستجابة عبر طيف الضوء المرئي بأكمله وقدرات قوية لنقل الإشارات، فيما أظهرت صلابة تفوق الألياف التقليدية بمعامل 30.

علاوة على ذلك، أكدت اختبارات قابلية الغسيل الصارمة على متانتها، ما يضمن طول العمر في التطبيقات الواقعية.

وأشاد البروفيسور الجامعي جاو هواجيان، الباحث الرئيسي المشارك، بجدوى المكونات المرنة باستخدام السيليكون والجرمانيوم.

وقال إن "تصنيعنا لألياف أشباه الموصلات الطويلة جدًا يفتح الأبواب أمام عدد لا يحصى من الأجهزة المرنة القابلة للارتداء"، مسلطًا الضوء على الإمكانات الهائلة للابتكار في هذا المجال المزدهر.

ويشير توافق هذه الألياف مع آلات النسيج الحالية إلى الانتقال السلس إلى الإنتاج على نطاق واسع، حيث شدد الدكتور لي دونغ، المؤلف المشارك للدراسة، على تنوع طريقة تصنيع الألياف واستعدادها الصناعي، إذ قدم تصورا للمستقبل تصبح فيه ألياف أشباه الموصلات الوظيفية شائعة في الملابس اليومية.

وخلص التقرير إلى أنه من خلال أبحاثهم التي تهدف إلى إعادة تعريف مشهد الإلكترونيات القابلة للارتداء، دشن العلماء في جامعة NTU في سنغافورة حقبة جديدة من الابتكار، حيث يتكامل الذكاء بسلاسة مع الموضة.

كلمات مفتاحية :