1

4.5 Έξυπνες ίνες και ρούχα (Κουτεντάκης, Γιάκας, ΕΤΑΚΕΙ)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1 Εισαγωγή……………………………………………………………………..…..2

1.1 Έξυπνα συστήµατα ........................................................................................ 2

1.2 Έξυπνα ενδύµατα και "φορετή" τεχνολογία. ................................................. 3

1.3 Μέθοδοι και επίπεδα ενσωµάτωσης ηλεκτρονικών στοιχείων σε

κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα ................................................................................. 4

2 Υλικά και µέθοδοι για έξυπνα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα…...…………….6

2.1 Υλικά Αλλαγής Φάσης (Phase Change Materials ή PCM)............................ 6

2.2 Υλικά µε Μνήµη Σχήµατος (Shape Memory Materials ή SMM) .................. 9

2.3 Χρωµικά υλικά (chromic materials) ............................................................ 11

3 Αγώγιµα κλωστοϋφαντουργικά υλικά………………...………………………..12

3.1 Αγώγιµες ίνες ............................................................................................... 12

3.1.1 Μεταλλικές ίνες. ...................................................................................... 12

3.1.2 Ίνες που περιέχουν αγώγιµα µεταλλικά υλικά. .................................... 12

3.1.3 Ίνες µε αγώγιµα πολυµερή ................................................................... 13

3.1.4 Ίνες από νανοσωλήνες άνθρακα .......................................................... 14

3.1.5 Οπτικές ίνες .......................................................................................... 14

3.2 Αγώγιµα νήµατα και κλωστές ...................................................................... 15

3.3 Αγώγιµα µελάνια ......................................................................................... 15

3.4 Αγώγιµα υφάσµατα ...................................................................................... 16

3.5 Αγώγιµα κλωστοϋφαντουργικά υλικά και έξυπνα ενδύµατα. ..................... 17

3.5.1 Κλωστοϋφαντουργικοί αισθητήρες. .................................................... 17

3.5.2 Κλωστοϋφαντουργικοί επεξεργαστές .................................................. 18

3.5.3 Κλωστοϋφαντουργικοί ενεργοποιητές ................................................. 18

3.5.4 Τροφοδοσία .......................................................................................... 19

3.5.5 Κλωστοϋφαντουργικά δίκτυα .............................................................. 19

2

Εισαγωγή

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει µια συνεχής προσπάθεια της κλωστοϋφαντουργικής

βιοµηχανίας να προσθέσει επιπλέον λειτουργικές ιδιότητες στα προϊόντα της.

Καινούργιες χηµικές ίνες ανακαλύφθηκαν και άρχισαν να χρησιµοποιούνται. Έτσι,

ιδιότητες όπως η αδιαβροχία και η αναπνευσιµότητα µπορούν να προστεθούν σε

υφάσµατα µε διάφορες τεχνικές επικάλυψης. Νέες τεχνολογίες στην παραγωγική

διαδικασία, όπως η τρισδιάστατη ύφανση, άνοιξαν τον δρόµο για την κατασκευή

καινούργιων λειτουργικών κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων. Νέα υλικά µε

ασυνήθιστες και πολλές φορές “έξυπνες” φυσικές και µηχανικές ιδιότητες

προσφέρουν ένα επίπεδο νοηµοσύνης στα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα µε

αποτέλεσµα προϊόντα όπως τα έξυπνα ή ευφυή ή νοήµονα κλωστοϋφαντουργικά

προϊόντα και ενδύµατα (Intelligent/Smart Textiles and clothes). Τα παραπάνω

αποτελούν την «κλωστοϋφαντουργική» προσέγγιση για τη βελτίωση των ιδιοτήτων

και της λειτουργικότητας. Η φορετή τεχνολογία (Wearable Technology), η

«ηλεκτρονική» προσέγγιση, προσθέτει επιπλέον χαρακτηριστικά στα προϊόντα της

κλωστοϋφαντουργίας και της ένδυσης, µε την προσάρτηση ή και την ενσωµάτωση

διαφόρων τύπων ηλεκτρονικών στοιχείων στα υφάσµατα και τα ενδύµατα.

Έξυπνα συστήµατα

Έξυπνο χαρακτηρίζεται ένα σύστηµα, όταν µπορεί να δεχτεί ερεθίσµατα από το

περιβάλλον και να αντιδράσει ή να προσαρµοστεί σε αυτά µε ένα προκαθορισµένο

τρόπο. Επειδή όµως η αποτελεσµατική προσαρµογή ή η αντίδραση βασίζεται σε

διάφορες γνωστικές διαδικασίες, όπως η αντίληψη, η µάθηση, η µνήµη, ο

συλλογισµός και η δυνατότητα επίλυσης προβληµάτων, κανένα υλικό ή σύστηµα δεν

θα µπορούσε να χαρακτηριστεί έξυπνο, µε τα σηµερινά δεδοµένα. Παρόλα αυτά

µπορούµε να θεωρήσουµε ότι υπάρχουν διάφοροι βαθµοί νοηµοσύνης και να

προσδώσουµε σε κάποιο υλικό ή σύστηµα το χαρακτηρισµό «έξυπνο», αν και πολλές

φορές γίνεται υπερβολική χρήση του όρου, ειδικά για λόγους µάρκετινγκ.

Ένα έξυπνο σύστηµα αποτελείται από τρία µέρη: έναν αισθητήρα (sensor), έναν

επεξεργαστή (processor) και έναν ενεργοποιητή (actuator). Για παράδειγµα, η

µέτρηση της θερµοκρασίας του σώµατος από έναν αισθητήρα µεταφέρεται στον

επεξεργαστή, ο οποίος µε βάση την πληροφορία που έλαβε υπολογίζει µια λύση και

στέλνει µία εντολή στον ενεργοποιητή για τη ρύθµιση της θερµοκρασίας. Για να

επιτευχθεί όλη αυτή η αλληλουχία ενεργειών από ένα έξυπνο ένδυµα, ένας

3

αισθητήρας υφασµένος ή πλεγµένος µε αγώγιµα νήµατα, θα µπορούσε να είναι

κεντηµένος στην εσωτερική επιφάνεια ενός T-shirt, η επικοινωνία µεταξύ του

αισθητήρα, του επεξεργαστή και του ενεργοποιητή θα µπορούσε να είναι ασύρµατη ή

ενσύρµατη στη βάση αγώγιµων νηµάτων ενσωµατωµένων στην υφαντική δοµή του

T-shirt. Τέλος οι ενεργοποιητές θα µπορούσαν να είναι µικροσκοπικά πτερύγια τα

οποία ανοίγουν και κλείνουν έτσι ώστε να επιτευχθεί απαγωγή ή όχι θερµότητας ή το

σύστηµα θα µπορούσε να λειτουργεί µε βάση φυσικές ιδιότητες υλικών όπως τα

Phase Change Materials (PCM) ή τα Shape Memory Materials (SMM).

Με βάση τον προηγούµενο ορισµό, κλωστοϋφαντουργικά υλικά µε εξαιρετικά

µεγάλη αντοχή ή εκείνα που προσφέρουν αναπνευσιµότητα, πυρανθεκτικότητα ή

οποιαδήποτε άλλη ιδιότητα φράγµατος δεν θα µπορούσαν να χαρακτηριστούν

έξυπνα, ανεξάρτητα από το πόσο τεχνολογικά προηγµένα είναι.

Σύµφωνα µε τον τρόπο της αντίδρασης ή προσαρµογής, τα έξυπνα συστήµατα

µπορούν να διαιρεθούν σε:

• Παθητικά έξυπνα συστήµατα: µπορούν µόνο να αισθανθούν τις

περιβαλλοντικές συνθήκες ή τα ερεθίσµατα (δρουν µόνο σαν αισθητήρες).

• Ενεργά έξυπνα συστήµατα: αισθάνονται και αντιδρούν στις συνθήκες ή τα

ερεθίσµατα (έχουν λειτουργίες και αισθητήρα και ενεργοποιητή).

• Πολύ έξυπνα συστήµατα: µπορούν να αισθανθούν, να αντιδράσουν και να

προσαρµοστούν αναλόγως, εκτελώντας µια προγραµµατισµένη λειτουργία,

αυτόµατα ή χειροκίνητα.

Έξυπνα ενδύµατα και "φορετή" τεχνολογία.

Η χρήση νέων υλικών µε ασυνήθιστες και πολλές φορές "έξυπνες" φυσικές και

µηχανικές ιδιότητες προσδίδει «νοηµοσύνη» στα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα.

Ενδύµατα που παρέχουν προστασία από ακραίες καιρικές συνθήκες (ζέστη ή κρύο),

από ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία ή στατικό ηλεκτρισµό, ενδύµατα που ενώ σε

φυσιολογικές συνθήκες είναι εύκαµπτα και ελαστικά, όταν δέχονται πίεση ή δύναµη

γίνονται σκληρά και άκαµπτα, µπορούν πλέον να κατασκευαστούν χρησιµοποιώντας

υλικά, τα οποία δεν επηρεάζουν τις κλωστοϋφαντουργικές ιδιότητές τους (άνεση,

αισθητική, ελαστικότητα, αφή κλπ.) όπως και τις δυνατότητες φροντίδας τους

(πλύσιµο, σιδέρωµα κλπ.).

4

Τα παραπάνω παραδείγµατα αποτελούν αποτελέσµατα της κλωστοϋφαντουργικής

προσέγγισης για τη βελτίωση των ιδιοτήτων και της λειτουργικότητας. Η φορετή

τεχνολογία (Wearable Technology), η «ηλεκτρονική προσέγγιση», προσθέτει τελείως

καινούργια χαρακτηριστικά στα προϊόντα της κλωστοϋφαντουργίας και της ένδυσης,

µε την προσάρτηση ή και την ενσωµάτωση διαφόρων τύπων ηλεκτρονικών στοιχείων

στα υφάσµατα και τα ενδύµατα.

Ο στόχος των ερευνητικών προσπαθειών των τελευταίων χρόνων είναι η ανάπτυξη

έξυπνων ενδυµάτων τα οποία δεν θα αποτελούν πλέον απλά µια πλατφόρµα

υποστήριξης των ηλεκτρονικών συσκευών -ενδύµατα µε τσέπες ή θήκες µε µπαταρίες

και µεγάλες ηλεκτρονικές συσκευές και καλώδια να τα διατρέχουν από άκρη σ’ άκρη,

τα οποία δύσκολα µπορούν να φορεθούν και να προσφέρουν άνεση-αλλά µε την

ενσωµάτωση των ηλεκτρονικών στοιχείων στην υφαντική δοµή τους θα παραµένουν

οπτικά και αισθητικά αµετάβλητα ενώ ο καταναλωτής θα µπορεί ακόµα και να τα

πλύνει στο πλυντήριο, χωρίς να χρειαστεί να αφαιρέσει όλα τα ηλεκτρονικά στοιχεία.

Μέθοδοι και επίπεδα ενσωµάτωσης ηλεκτρονικών στοιχείων σε

κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα

Η εξέλιξη της ενσωµάτωσης ηλεκτρονικών στοιχείων σε ενδύµατα παρουσιάζεται

στο ακόλουθο σχήµα:

Στις πρώτες προσπάθειες βρίσκουµε συµβατικά ηλεκτρονικά µέσα σε τσέπες και

ραφές ή ραµµένα στα ρούχα. Για την τροφοδοσία και επικοινωνία των συσκευών

χρησιµοποιούνται εξωτερικές καλωδιώσεις οι οποίες όµως οδηγούν σε προβλήµατα

άνεσης και αισθητικής των ενδυµάτων λόγω των άκαµπτων εξαρτηµάτων και των

καλωδίων.

5

Με την εξέλιξη των τεχνικών κατασκευής και τη χρησιµοποίηση νέων υλικών, τα

ηλεκτρονικά κυκλώµατα αποκτούν µικρότερο µέγεθος και µεγαλύτερη ελαστικότητα.

Ετσι, τα ηλεκτρονικά µπορούν πλέον να προσαρµοστούν ή να επικολληθούν σε

ενδύµατα χωρίς να επηρεάζουν σηµαντικά την εµφάνιση και τις ιδιότητες άνεσης.

Τέλος, οι συνδέσεις των επιµέρους ηλεκτρονικών κυκλωµάτων και τα κανάλια

επικοινωνίας µπορούν να δηµιουργηθούν µε την ενσωµάτωση αγώµιµων νηµάτων σε

υφάσµατα χρησιµοποιώντας παραδοσιακές κλωστοϋφαντουργικές παραγωγικές

διαδικασίες.

Οι τελευταίες εξελίξεις ιδιαίτερα στις επιστήµες των υλικών δίνουν τη δυνατότητα σε

διάφορα αγώγιµα και µη αγώγιµα υλικά και ηλεκτρονικά κυκλώµατα να

συναρµολογηθούν πάνω σε κλωστοϋφαντουργικές δοµές. Τα υλικά αυτά

περιλαµβάνουν αγώγιµες ίνες και νήµατα, αγώγιµα υλικά σε λεπτά film ή οργανικά

και ανόργανα υλικά στην επιφάνεια κλωστοϋφαντουργικών υποστρωµάτων. Με τον

τρόπο αυτό µπορούν να κατασκευαστούν ηλεκτρονικά κυκλώµατα όχι µόνο για

µεταφορά σηµάτων αλλά και για τη µετατροπή τους (αισθητήρες, ηλεκτρόδια κα.)

Η ανάπτυξη ηλεκτρονικών κυκλωµάτων πάνω σε κλωστοϋφαντουργικές δοµές

ιδιαίτερα όταν χρησιµοποιούνται σε ρούχα προσφέρει πολλά πλεονεκτήµατα, όπως

ευκαµψία, αντοχή σε σχισίµατα και παραµορφώσεις, µικρότερες πιθανότητες

αντίδρασης του δέρµατος από την επαφή.

Παρόλο που η τεχνολογική ανάπτυξη και η έρευνα έχουν οδηγήσει σε σηµαντικά

αποτελέσµατα δεν υπάρχουν ακόµα στην αγορά πολλά προϊόντα, τα οποία να

µπορούν να ενσωµατωθούν σε ενδύµατα, χωρίς να περιορίζουν την άνεση και την

αισθητική τους.

Με τα δεδοµένα αυτά η πλέον ρεαλιστική αντιµετώπιση αυτή τη στιγµή είναι η

ανάπτυξη ενός αρθρωτού (modular) συστήµατος το οποίο θα εκµεταλλεύεται τα

διαφορετικά επίπεδα ενσωµάτωσης, σύµφωνα µε την παραπάνω περιγραφή. Ανάλογα

µε την λειτουργικότητα και το κόστος των επιµέρους στοιχείων µόνο µερικά από

αυτά, (όπως οι κλωστοϋφαντουργικοί αισθητήρες και τα κανάλια επικοινωνίας για τη

µεταφορά σηµάτων και τροφοδοσίας) και µε συγκεκριµένες λειτουργίες θα είναι

πραγµατικά φορετά και µόνιµα τοποθετηµένα πάνω στα ενδύµατα. Οι υπόλοιπες

γενικότερης χρήσης συσκευές (όπως η κεντρική µονάδα επεξεργασίας και οι µη

κλωστοϋφαντουργικοί αισθητήρες) θα πρέπει να είναι τοποθετηµένα σε κάποια ζώνη

ή ειδική θήκη έτσι ώστε να είναι εύκολα αποσπώµενα και επαναχρησιµοποιήσιµα.

6

Υλικά και µέθοδοι για έξυπνα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα.

Πολλά διαφορετικά υλικά και µέθοδοι κατασκευής χρησιµοποιούνται για να

προσδώσουν ευφυΐα στα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα. Κάποια από αυτά τα υλικά

µπορούν να παρουσιάσουν σηµαντικές, αλλά αναπαραγόµενες, αλλαγές στις

ιδιότητές τους (µηχανικές, χηµικές κα) αντιδρώντας σε κάποιο καθορισµένο

εξωτερικό ερέθισµα. Τα υλικά αυτού του τύπου καθώς και τις εφαρµογές τους θα

περιγράψουµε σ' αυτό το κεφάλαιο.

Υλικά Αλλαγής Φάσης (Phase Change Materials ή PCM)

Τα υλικά αλλαγής φάσης είναι υλικά τα οποία τήκονται και στερεοποιούνται σε

σταθερή θερµοκρασία µε ταυτόχρονη απορρόφηση και απελευθέρωση µεγάλων

ποσοτήτων θερµότητας. Είναι ιδιαίτερα σηµαντικά για την αποθήκευση θερµικής

ενέργειας και χρησιµοποιούνται για τη ρύθµιση της διακύµανσης της θερµοκρασίας.

Η λειτουργία τους βασίζεται στη "θεωρία της λανθάνουσας θερµότητας".

Χρησιµοποιούν χηµικούς δεσµούς για να αποθηκεύσουν και να ελευθερώσουν

θερµότητα. Η µεταφορά της θερµικής ενέργειας συµβαίνει κατά τη διάρκεια της

µεταβολής φάσης του υλικού από τη στερεά στην υγρή κατάσταση και αντίστροφα

από την υγρή στη στερεά.

Κάθε υλικό όταν θερµαίνεται απορροφά θερµότητα και η θερµοκρασία του ανεβαίνει

συνεχώς. Η θερµότητα που έχει αποθηκευτεί στο υλικό αποβάλλεται στο περιβάλλον

κατά τη διάρκεια της ψύξης, όπου η θερµοκρασία του υλικού µειώνεται συνεχώς. Στα

υλικά αλλαγής φάσης η θερµοκρασία αυξάνεται µέχρι το υλικό να φθάσει στο σηµείο

τήξης. Κατά τη διάρκεια της αλλαγής φάσης, η θερµοκρασία παραµένει σταθερή

µέχρι το υλικό να περάσει από τη στερεή στην υγρή µορφή. Ένα µεγάλο ποσό

θερµότητας απορροφάται κατά τη διάρκεια της αλλαγής αυτής. Η αποθηκευµένη

αυτή θερµότητα θα απελευθερωθεί στο περιβάλλον, όταν το υλικό ψυχθεί, µε τη

θερµοκρασία να διατηρείται σταθερή όσο διαρκεί η αλλαγή από την υγρή στη στερεά

κατάσταση. Η δυνατότητα αυτή, της µεταφοράς µεγάλων ποσοτήτων θερµότητας

κατά τη διάρκεια της τήξης και της κρυστάλλωσης, χωρίς µεταβολή της

θερµοκρασίας, κάνουν τα υλικά αυτά ιδανικά για την αποθήκευση θερµότητας.

Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι το Calcium Chloride Hexahydαte, το οποίο ανήκει

στην κατηγορία των PCMs τήκεται στους 29 oC και µπορεί να αποθηκεύσει

θερµότητα 190KJ. Για την αποθήκευση του ίδιου ποσού θερµότητας το νερό πρέπει

7

να θερµανθεί στους 45 oC και το τσιµέντο στους 190 oC (Πηγή: phase change

material research, J. Gates)

Στην κλωστοϋφαντουργία PCMs χρησιµοποιούνται είτε σε στερεά είτε σε υγρή

µορφή. Οταν βρίσκονται σε υγρή µορφή για να αποφευχθεί η διάχυσή τους,

εγκλείονται σε µικροκάψουλες µε διάµετρο µερικά µικρόµετρα. Με τη µορφή αυτή

τα PCMs ενσωµατώνονται µόνιµα σε ακρυλικές ίνες ή σε αφρούς πολυουρεθάνης, ή

χρησιµοποιούνται για επικαλύψεις κλωστοϋφαντουργικών δοµών. Το πιο

διαδεδοµένο PCM στην κλωστοϋφαντουργία είναι η στερεή παραφίνη µε διάφορες

θερµοκρασίες αλλαγής φάσης (τήξης και κρυστάλλωσης).

Η ενσωµάτωση των PCMs σε κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα προσφέρει τα

παρακάτω θερµικά αποτελέσµατα:

• Ψύξη, σαν αποτέλεσµα της απορρόφησης θερµότητα

• Θέρµανση, σαν αποτέλεσµα της απελευθέρωσης θερµότητας

• Ρύθµιση της θερµοκρασίας, σαν αποτέλεσµα της σταθερής θερµοκρασίας του

PCM και του περιβάλλοντός του, κατά την απορρόφηση ή απελευθέρωση της

θερµότητας.

• Ενεργό θερµικό φράγµα, σαν αποτέλεσµα της ελεγχόµενης ροής θερµότητας

ανάλογα µε τις ανάγκες.

Το µέγεθος και η διάρκεια των θερµικών αποτελεσµάτων (ψύξη, θέρµανση) των

PCM σε προϊόντα ένδυσης εξαρτάται από παράγοντες όπως ή επιλογή του

κατάλληλου PCM, η ποσότητα του PCM, ο συνδυασµός του µε τα άλλα

κλωστοϋφαντουργικά υλικά και τέλος ο σχεδιασµός του ενδύµατος και οι επιπλέον

ιδιότητες που αυτό πρέπει να έχει (αναπνευσιµότητα, αδιαβροχία). Οι παραπάνω

παράµετροι θα πρέπει να λαµβάνονται υπόψη σε συνδυασµό µε τη θερµοκρασία κατά

τη χρήση (θερµοκρασία σώµατος και περιβάλλοντος), την ασφάλεια των υλικών όταν

αυτά έρχονται σε επαφή µε το δέρµα (τοξικότητα, ερεθισµοί), τη συντήρηση του

ενδύµατος και τέλος το κόστος.

Υφάσµατα που περιέχουν PCMs χρησιµοποιούνται σε µια πληθώρα εφαρµογών όπως

σε ρούχα (µπουφάν, κάλτσες, γάντια, εσώρουχα) αλλά και σε κουβέρτες, σεντόνια,

κουρτίνες ή ακόµα σε επενδύσεις ή προσκέφαλα καθισµάτων αυτοκινήτων, σε

8

επενδύσεις σε κράνη µοτοσικλετιστών, σε ενδύµατα εργασίας ή προστασίας σε πολύ

θερµά ή ψυχρά περιβάλλοντα.

9

Υλικά µε Μνήµη Σχήµατος (Shape Memory Materials ή SMM)

Τα υλικά µε µνήµη σχήµατος είναι µια κατηγορία υλικών τα οποία έχουν την

ιδιότητα να επανέρχονται, από το τρέχον σχήµα τους, σε ένα άλλο

"προγραµµατισµένο" σχήµα, αντιδρώντας σε κάποιο εξωτερικό ερέθισµα. Το

ερέθισµα αυτό είναι συνήθως η θερµότητα αλλά κάποια από τα υλικά αυτά µπορούν

να ενεργοποιηθούν από µεταβολές της πίεσης, του µαγνητικόύ ή ηλεκτρικόύ πεδίου,

µεταβολές της τιµής του pH, την υπεριώδη ακτινοβολία ή ακόµα και από την επαφή

µε το νερό. Όταν επιδράσει το εξωτερικό ερέθισµα, το οποίο τα ενεργοποιεί, τα υλικά

αυτά µπορούν να παρουσιάσουν δραµατικές παραµορφώσεις στην προσπάθεια τους

να επανακτήσουν το προγραµµατισµένο σχήµα τους. Όταν η προσπάθεια αυτή

παρεµποδίζεται, µια ελαστική πίεση προκαλείται, και το SMM παράγει έργο (δρα σαν

ενεργοποιητής – actuator).

Λόγω της δυνατότητάς τους να ενεργοποιούνται από πολλά και διαφορετικά

ερεθίσµατα και να παρουσιάζουν κάποια προκαθορισµένη αντίδραση, τα SMMs

µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να ελέγξουν ή να ρυθµίσουν πολλές τεχνικές

παραµέτρους (όπως σχήµα, θέση, πίεση, ακαµψία, τριβή, απόσβεση ταλάντωσης,

διείσδυση νερού ή ατµού) σε έξυπνα συστήµατα ανάλογα µε τα ερεθίσµατα του

περιβάλλοντος.

Τα προϊόντα SMM που διατίθενται αυτή τη στιγµή στο εµπόριο, βασίζονται κυρίως

σε µεταλλικά κράµατα (Shape Memory Alloys ή SMA) εκµεταλλευόµενα τη µνήµη

σχήµατος ή την υπερελαστικότητα, τις δύο βασικές ιδιότητες των υλικών αυτών.

Πολυµερή υλικά µε µνήµη σχήµατος (Shape Memory Polymers ή SMP) ή gels

αναπτύσσονται γρήγορα τα τελευταία χρόνια ενώ µαγνητικά κράµατα µε µνήµη

σχήµατος υπάρχουν ήδη στο εµπόριο. Τέλος, σε ερευνητικό επίπεδο βρίσκονται τα

κεραµικά υλικά µε µνήµη σχήµατος, τα οποία ενεργοποιούνται όχι µόνο από τη

θερµοκρασία αλλά και από ελαστική ενέργεια και ηλεκτρικό ή µαγνητικό πεδίο.

Τα µεταλλικά κράµατα µε µνήµη σχήµατος, όπως τα κράµατα νικελίου – τιτανίου

(Ni-Ti) προσφέρουν αυξηµένη προστασία από την υψηλή, ακόµα και υπερβολική

ζέστη. Ένα τέτοιο υλικό παρουσιάζει διαφορετικές ιδιότητες ανάλογα αν βρίσκεται

κάτω ή πάνω από τη θερµοκρασία ενεργοποίησής του. Κάτω από τη θερµοκρασία

αυτή το κράµα µπορεί πολύ εύκολα να παραµορφωθεί. Στη θερµοκρασία

ενεργοποίησης το κράµα, ασκεί µια δύναµη για να επιστρέψει στην

"προγραµµατισµένη" µορφή του. Έτσι, αν ένα τέτοιο υλικό τοποθετηθεί ανάµεσα στο

10

εξωτερικό και εσωτερικό ύφασµα ενός ενδύµατος µπορεί να προστατεύσει από

ακραίες καιρικές συνθήκες, µεγαλώνοντας ή µικραίνοντας το διάστηµα αέρα

ανάµεσα στα δύο στρώµατα του ενδύµατος ανάλογα µε τη θερµοκρασία του

εξωτερικού στρώµατος.

Για να επιτευχθεί αυτό θα πρέπει φυσικά ή δύναµη που ασκεί το υλικό να

υπερνικήσει το βάρος του ενδύµατος και τις κινήσεις του ατόµου που το φορά. Το

παράδειγµα αυτό αφορά ενεργοποίηση µιας κατεύθυνσης. Υπάρχουν υλικά τα οποία

είναι ικανά να ενεργοποιηθούν σε δύο διαφορετικές θερµοκρασίες. Τα υλικά αυτά

"θυµούνται" το σχήµα της χαµηλής και της υψηλής θερµοκρασίας ενεργοποίησης,

προσφέροντας προστασία από µεταβαλλόµενες καιρικές συνθήκες και µεταβολή στη

φυσική δραστηριότητα του ατόµου.

Παρόλο που οι εφαρµογές των SMA στην κλωστοϋφαντουργία αυξάνονται, η χρήση

των υλικών αυτών είναι ακόµα περιορισµένη λόγω του κόστους τους και της µικρής

αντοχής τους στη γήρανση και την καταπόνηση κατά τη διάρκεια της ζωής τους.

Τα πολυµερή µε µνήµη σχήµατος (SMP) έχουν παρόµοιες ιδιότητες µε τα SMAs,

αλλά ως πολυµερή, είναι πιο συµβατά µε τα κλωστοϋφαντουργικά υλικά. Τα SMPs

µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως επικαλύψεις ή επιστρώσεις σε

κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα ή ακόµα να µετατραπούν σε ίνες. Ετσι, SMPs

βρίσκουν εφαρµογές σε έξυπνα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα όπως έξυπνες ίνες για

Section > 25 ºC

Section < 25 ºC

Clothing layers

Shape memory material

Thermoplasticpolyurethane

Air gap increased by change in shape of laminated film

Source : Techtextil Symposium Block 3, 1999

Section > 25 ºC

Section < 25 ºC

Clothing layers

Shape memory material

Thermoplasticpolyurethane

Air gap increased by change in shape of laminated film

Source : Techtextil Symposium Block 3, 1999

Section > 25 ºC

Section < 25 ºC

Clothing layers

Shape memory material

Thermoplasticpolyurethane

Air gap increased by change in shape of laminated film

Source : Techtextil Symposium Block 3, 1999

11

ιατρική χρήση, χειρουργικά προστατευτικά ενδύµατα, προϊόντα υγιεινής µιας χρήσης,

σπορ ή αθλητικά ενδύµατα και ενδύµατα εξωτερικού χώρου.

Χρωµικά υλικά (chromic materials)

Ονοµάζονται τα υλικά, τα οποία αλλάζουν το χρώµα τους, µε αναστρέψιµο τρόπο,

ανάλογα µε τις εξωτερικές συνθήκες. Το εξωτερικό ερέθισµα το οποίο ενεργοποιεί τα

υλικά αυτά µπορεί να είναι:

• το φως (Photochromic materials),

• η θερµότητα (Thermochromic materials),

• ο ηλεκτρισµός (Electrochromic materials),

• η πίεση (Piezorochromic materials),

• η επαφή µε κάποιο υγρό (Solvatechromic materials),

• δέσµη ηλεκτρονίων (Carsolchromic materials).

Τα υλικά που χρησιµοποιούνται σήµερα από την κλωστοϋφαντουργία είναι τα

φωτοχρωµικά, θερµοχρωµικά και τα ηλεκτροχρωµικά υλικά, κυρίως στον τοµέα της

µόδας, των αθλητικών ενδυµάτων και της ψυχαγωγίας. Στα ενδύµατα εργασίας και

στον τοµέα του επίπλου η έρευνα βρίσκεται ακόµα σε εξέλιξη.

Τα περισσότερα φωτοχρωµικά υλικά βασίζονται σε οργανικά υλικά ή σωµατίδια

αργύρου, τα οποία όµως παρουσιάζουν µικρή διάρκεια ζωής για βιοµηχανικές

εφαρµογές. Τα θερµοχρωµικά υλικά είναι οργανικά υλικά µε µικρή διάρκεια ζωής και

περιορισµένη περιοχή θερµοκρασιών ενεργοποίησης. Τα ηλεκτροχρωµικά υλικά

παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την κλωστοϋφαντουργία, απαιτείται όµως

περαιτέρω έρευνα για την εφαρµογή τους σε παραγωγή µεγάλης κλίµακας.

12

Αγώγιµα κλωστοϋφαντουργικά υλικά

Στην προσπάθεια να αναπτυχθούν ελαφρύτερες και πιο ελκυστικές φορετές

ηλεκτρονικές συσκευές χρησιµοποιούνται αγώγιµα υλικά για να µετατρέψουν τα

κλωστοϋφαντουργικά και τα προϊόντα ένδυσης σε κοµψά, επιθυµητά και µε µικρό

βάρος φορετά ηλεκτρονικά συστήµατα. Υλικά, όπως µεταλλικές και οπτικές ίνες,

αγώγιµα νήµατα, υφάσµατα, επικαλύψεις και µελάνια χρησιµοποιούνται για να

προσδώσουν αγωγιµότητα και να δηµιουργήσουν ηλεκτρικά κυκλώµατα σε

κλωστοϋφαντουργικές δοµές και ενδύµατα.

Αγώγιµες ίνες

Μεταλλικές ίνες.

Οι µεταλλικές ίνες χρησιµοποιούνται αρκετά χρόνια για την θωράκιση από στατικό

ηλεκτρισµό και ηλεκτροµαγνητικές παρεµβολές. Μέταλλα όπως τα σιδηρούχα

κράµατα, το νικέλιο, ο ανοξείδωτος χάλυβας, το τιτάνιο, το αργίλιο, ο χαλκός και ο

άνθρακας χρησιµοποιούνται για την ανάπτυξη των φυσικά αγώγιµων µεταλλικών

ινών. Οι µεταλλικές ίνες είναι πολύ λεπτές συνεχόµενες ίνες, µε διαµέτρους που

κυµαίνονται από 1 έως 80 µικρά. Συνήθως οι µεταλλικές ίνες κατασκευάζονται µε τη

διαδικασία bundle drawing ή τη διαδικασία shaving. Η διαδικασία bundle drawing,

συνίσταται στο σχηµατισµό µιας δέσµης από πολλές λεπτές µεταλλικές ίνες και το

τράβηγµά τους για την επίτευξη της επιθυµητής διαµέτρου. Κατά τη διαδικασία

shaving, µεταλλικές ίνες αποκόπτονται από λεπτά µεταλλικά ελάσµατα.

Οι µεταλλικές ίνες είναι ιδιαίτερα αγώγιµες, εντούτοις είναι ακριβές και τα

χαρακτηριστικά τους δεν είναι πάντα συµβατά µε τις διαδικασίες νηµατοποίησης.

Επιπλέον, είναι βαρύτερες από τις περισσότερες κλωστοϋφαντουργικές ίνες,

δυσκολεύοντας την παραγωγή οµοιογενών νηµάτων.

Ίνες που περιέχουν αγώγιµα µεταλλικά υλικά.

Ηλεκτρικά αγώγιµες ίνες µπορούν, επίσης, να παραχθούν µε την επικάλυψη

κλωστοϋφαντουργικών ινών µε µέταλλα, µεταλλικά οξείδια και µεταλλικά άλατα. Οι

µεταλλικές επικαλύψεις παράγουν ίνες µε µεγάλη αγωγιµότητα, αλλά η πρόσφυση

ανάµεσα στην ίνα και το µέταλλο καθώς και η οξείδωση µπορούν να προκαλέσουν

13

προβλήµατα. Τα ηµιαγώγιµα µεταλλικά οξείδια είναι συνήθως άχρωµα και η

χρησιµοποίησή τους ως αγώγιµα συστατικά στις ίνες οδηγεί σε λιγότερα προβλήµατα

εµφάνισης από τη χρήση του άνθρακα. Τα σωµατίδια των οξειδίων µπορούν να

ενσωµατωθούν στην επιφάνεια των ινών ή να συγχωνευθούν σαν πυρήνας µε

περίβληµα την ίνα (sheath core fiber) ή να αντιδράσουν χηµικά µε το υλικό της

επιφάνειας της ίνας.

Επικαλύψεις µε µεταλλικά άλατα (όπως θειούχος χαλκός και ιωδιούχος χαλκός)

µπορούν να γίνουν σε πολλούς τύπους ινών και µάλιστα µε παραδοσιακές

κλωστοϋφαντουργικές µηχανές. Αυτού του είδους οι επικαλύψεις επιτυγχάνουν

χαµηλά µεγέθη αγωγιµότητας η οποία µπορεί να χαθεί µε το πλύσιµο.

∆ύο γενικές µέθοδοι επικάλυψης έχουν χρησιµοποιηθεί εµπορικά. Η πρώτη είναι η

χηµική απόθεση, και η δεύτερη επιτυγχάνεται µε τη διασπορά µεταλλικών

σωµατιδίων σε υψηλή συγκέντρωση σε µια ρητίνη, η οποία κατόπιν επιστρώνεται

στην επιφάνεια των ινών.

Ίνες µε αγώγιµα πολυµερή

Με την εναπόθεση αγώγιµων πολυµερών σε κλωστοϋφαντουργικές ίνες µπορούµε να

προσδώσουµε σ' αυτές ηλεκτρική αγωγιµότητα.

Τα πολυµερή αποκτούν αγωγιµότητα µέσω µίας διεργασίας που ονοµάζεται

“doping”. Πρόκειται για µία διεργασία οξειδοαναγωγής, η οποία κινητοποιεί τα

ηλεκτρόνια στο πολυµερές, προκαλώντας µεταβολές στη µοριακή του δοµή. Η δοµή

που σχηµατίζεται επιτρέπει στο πολυµερές να άγει τον ηλεκτρισµό, καταλήγει

δηλαδή σε ηλεκτρικά αγώγιµο πολυµερές. Κατά το “doping”, εκτός της ηλεκτρικής

αγωγιµότητας, µπορούν να προσαρµόζονται και άλλες ιδιότητες του πολυµερούς,

όπως η υδροφιλία ή υδροφοβία της επιφάνειάς του, το χρώµα, η διαπερατότητά του

από αέρια, κλπ, ανάλογα µε την εκάστοτε τελική χρήση. Οι αγώγιµες πολυµερικές

επικαλύψεις υπερτερούν των µεταλλικών αφού εµφανίζουν υψηλή αγωγιµότητα,

άριστη πρόσφυση και υψηλότερη αντίσταση στη διάβρωση. Παραδείγµατα αγώγιµων

πολυµερών που χρησιµοποιούνται για την επικάλυψη κλωστοϋφαντουργικών

υποστρωµάτων είναι η πολυανιλίνη (PANI) και η πολυπυρρόλη (PPy).

Τα αγώγιµα πολυµερή, εκτός από υλικά για επιστρώσεις µπορούν να

χρησιµοποιηθούν και για την κατασκευή ινών. Οι ίνες αυτές µπορεί να αποτελούνται

µόνο από αγώγιµα πολυµερή η από µίγµατα µε άλλα πολυµερή και σε επόµενο

14

στάδιο µπορούν να επεξεργαστούν µε τις παραδοσιακές κλωστοϋφαντουργικές

διεργασίες.

Μία µέθοδος παραγωγής τέτοιων ινών είναι η ηλεκτρονηµατοποίηση

(electrospinning) όπου και µπορούν να επιτευχθούν διάµετροι από 20-50 νανόµετρα.

Με τις µεθόδους rotary και continuous electrospinning µπορούν να παραχθούν επίσης

και συνεχή νήµατα.

Ίνες από νανοσωλήνες άνθρακα

Με τους νανοσωλήνες άνθρακα µπορούν να κατασκευαστούν υλικά τα οποία

παρουσιάζουν εξαιρετικές ιδιότητες, όπως πολύ µεγάλη µηχανική αντοχή και υψηλή

θερµοµονωτική ικανότητα, συνδυασµένες µε αγωγιµότητα µετάλλου.

Επιπλέον οι ίνες αυτές έχουν την δυνατότητα να χρησιµοποιηθούν και σαν

ενεργοποιητές. Η ανάµειξή τους µε πολυµερή µπορεί να δώσει ίνες υψηλής

απόδοσης, οι οποίες είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθούν στην κλωστοϋφαντουργία

ενώ ταυτόχρονα διαθέτουν ηλεκτρικές ιδιότητες παρόµοιες ή και καλλίτερες από τα

µέταλλα. Για την ευρύτερη χρήση των νανοσωλήνων άνθρακα σε περισσότερες

εφαρµογές απαιτείται βελτίωση των διαδικασιών παραγωγής τους.

Οπτικές ίνες

Οι οπτικές ίνες µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε συνδυασµό µε κλωστοϋφαντουργικά

προϊόντα. Οι οπτικές ίνες έχουν διάµετρο περίπου 120 µικρά. Χρησιµοποιούνται για

τη µεταφορά δεδοµένων σε µεγάλες αποστάσεις, χωρίς να χρειάζονται αναµεταδότες.

Βρίσκουν εφαρµογή στις τηλεπικοινωνίες, τα δίκτυα υπολογιστών, στην καλωδιακή

τηλεόραση, στην κατασκευή αισθητήρων καθώς επίσης και στα αγώγιµα

κλωστοϋφαντουργικά υλικά.

Οι οπτικές ίνες κατασκευάζονται από την ανάµειξη άµµου πυριτίου µε βορικά οξέα

και µικροποσότητες ειδικών χηµικών ουσιών. Το µίγµα ανακατεύεται και εισάγεται

σε ένα φούρνο όπου µετατρέπεται σε λειωµένο γυαλί. Το λειωµένο γυαλί ρέει σε

ανθεκτικούς στη θερµότητα δίσκους λευκόχρυσου µε µικρές σωληνοειδείς οπές.

Σύρεται από τις οπές και ψύχεται µε αέρα και νερό, δηµιουργώντας ίνες µε

συγκεκριµένη διάµετρο. Οι ίνες κατόπιν επενδύονται µε ένα ειδικό υδατικό µίγµα για

προστασία από φθορές στις επόµενες επεξεργασίες και την χρήση. Οι οπτικές ίνες

15

έχουν εξαιρετική αντοχή και δεν επηρεάζονται από την έκθεση στο ηλιακό φως.

Εντούτοις, είναι σχετικά δύσκαµπτες, µε µικρή ελαστικότητα, και ικανότητα

πτύχωσης και µικρή αντοχή στη τριβή.

Αγώγιµα νήµατα και κλωστές

Οι αγώγιµες και οι οπτικές ίνες είναι δύο από τα υλικά που χρησιµοποιούνται στη

κατασκευή αγώγιµων νηµάτων. Η χρησιµοποίηση αγώγιµων και µη αγώγιµων ινών

σε διάφορες αναλογίες δίνει τη δυνατότητα παραγωγής νηµάτων µε διάφορα µεγέθη

αγωγιµότητας. Αγώγιµα νήµατα µπορούν, επίσης, να παραχθούν µε το τύλιγµα ενός

µη αγώγιµου νήµατος από ένα µεταλλικό έλασµα (από χαλκό, ασήµι ή χρυσό) το

οποίο προσδίδει την αγωγιµότητα.

Οι αγώγιµες κλωστές είναι παρόµοιες µε τα αγώγιµα νήµατα, λόγω των αγώγιµων

ινών που περιέχουν στη σύνθεση τους. Έχουν, όµως µικρότερη διάµετρο και κατά

συνέπεια έχουν καλλίτερη συµπεριφορά όταν χρησιµοποιούνται σε ραπτικές µηχανές.

Οι κλωστές περνούν εύκολα από κοινές βελόνες ραπτικών µηχανών και η

αγωγιµότητα τους µπορεί να ελεγχθεί από τη τοποθέτηση των βελονιών. Υπάρχουν

διάφοροι τύποι και διάµετροι αγώγιµων κλωστών, διαθέσιµοι σήµερα.

Αγώγιµα νήµατα και κλωστές µπορούν να παραχθούν και µε την µέθοδο της

εναπόθεσης αγώγιµων υλικών (µέταλλα, µεταλλικά άλατα, αγώγιµα πολυµερή κλπ)

µε τεχνικές παρόµοιες µε αυτές που χρησιµοποιούνται για τις ίνες.

Αγώγιµα µελάνια

Προσθέτοντας σωµατίδια άνθρακα, χαλκού, ασηµιού, νικελίου, ή χρυσού σε

παραδοσιακά µελάνια τα µετατρέπουµε σε αγώγιµα µελάνια. Τα ειδικά αυτά µελάνια

µπορούν να τυπωθούν σε πολλές επιφάνειες όπως χαρτί, πλαστικό όπως και σε

κλωστοϋφαντουργικές. Τα αγώγιµα µελάνια αντέχουν στις κάµψεις του

υποστρώµατος και το πλύσιµο στο πλυντήριο. Η εφαρµογή τους στα

κλωστοϋφαντουργικά υποστρώµατα γίνεται µε τις τεχνικές gravure, flexographic, και

rotary screen-printing. Όλες αυτές οι τεχνικές είναι χρονοβόρες και µε υψηλό κόστος

και µπορούν να προκαλέσουν µεγάλες καθυστερήσεις στην παραγωγή, ιδιαίτερα όταν

αλλάζουν τα σχέδια. Η ψηφιακή εκτύπωση µπορεί να προσφέρει πολλά

πλεονεκτήµατα κατά την παραγωγική διαδικασία (δηµιουργία σχεδίων σε υπολογιστή

και µεταφορά ηλεκτρονικά στον εκτυπωτή) περιορίζοντας ενδιάµεσα στάδια,

16

απαραίτητα στις παραδοσιακές τεχνικές εκτύπωσης και προσφέροντας ευελιξία σε

σχέδια και χρόνους παραγωγής.

Αγώγιµα υφάσµατα

Αγώγιµες ίνες, κλωστές και αγώγιµα νήµατα µπορούν να επεξεργαστούν µε

παραδοσιακές υφαντικές ή πλεκτικές µηχανές καθώς και µε τις τεχνικές του

κεντήµατος και των µη υφασµένων υφασµάτων, για τη κατασκευή αγώγιµων

υφασµάτων τα οποία µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε πολλές εφαρµογές έξυπνων

κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων και ενδυµάτων.

Η τεχνική του κεντήµατος προσφέρει πλεονεκτήµατα σε σχέση µε την ύφανση και το

πλέξιµο καθώς τα νήµατα και οι κλωστές µπορούν να τοποθετηθούν σε ένα ή

περισσότερα στρώµατα ενός υφάσµατος ή µπορούν να εφαρµοστούν σε προϊόντα

ένδυσης µε ένα µόνο βήµα στην παραγωγική διαδικασία. Επιπλέον µπορούν να

χρησιµοποιηθούν συστήµατα CAD (computer-aided design) για την παραγωγή των

σχεδίων.

Τα κλωστοϋφαντουργικά υποστρώµατα µπορούν επίσης να µετατραπούν σε

ηλεκτρικά αγώγιµα υλικά χρησιµοποιώντας αγώγιµες εναποθέσεις, χωρίς να

επηρεάζονται σηµαντικά οι ιδιότητές τους, όπως η πυκνότητα, η ελαστικότητα και η

υφή. Συνηθέστερες τεχνικές είναι η µη ηλεκτρολυτική εναπόθεση (electroless

plating), η εναπόθεση µε εξάχνωση (evaporative deposition), το sputtering, ή η

εναπόθεση ενός αγώγιµου πολυµερούς. Η µη ηλεκτρολυτική εναπόθεση παράγει

οµοιόµορφες ηλεκτρικά αγώγιµες επιστρώσεις αλλά είναι σχετικά ακριβή τεχνική.

Στη διαδικασία της εναπόθεσης µε εξάχνωση ένα κλωστοϋφαντουργικό υπόστρωµα

εκτίθεται σε ένα εξαχνωµένο µέταλλο (όπως αλουµίνιο) και µπορούν να

δηµιουργηθούν εναποθέσεις µε διάφορα πάχη και κατά συνέπεια διαφορετικής

αγωγιµότητας. Κατά τη διαδικασία sputtering το προς εναπόθεση υλικό εκτοξεύεται

άτοµο – άτοµο στο υπόστρωµα και δηµιουργεί οµοιόµορφες εναποθέσεις µε καλή

πρόσφυση. Η διαδικασία αυτή είναι αργή και µε υψηλό κόστος. Τέλος, εναποθέσεις

αγώγιµων πολυµερών σε κλωστοϋφαντουργικά υποστρώµατα µπορούν να γίνουν µε

τις ίδιες τεχνικές που περιγράφηκαν για τις εναποθέσεις σε ίνες.

17

Αγώγιµα κλωστοϋφαντουργικά υλικά και έξυπνα ενδύµατα.

Σε ένα έξυπνο ένδυµα διακρίνουµε πέντε λειτουργικές µονάδες:

• αισθητήρες (sensors)

• µονάδα επεξεργασίας (processor)

• ενεργοποιητές (actuators)

• µονάδα τροφοδοσίας

• δίκτυο επικοινωνίας

Ο συνδυασµός των παραπάνω δηµιουργεί ένα σύστηµα µε συνδυασµένες λειτουργίες

που µπορεί να προσφέρει υπηρεσίες στο άτοµο που χρησιµοποιεί το ένδυµα όπως

πληροφόρηση, επικοινωνία ή βοήθεια.

Κλωστοϋφαντουργικοί αισθητήρες.

Ένας αισθητήρας µετατρέπει τα φυσικά φαινόµενα σε επεξεργάσιµα ηλεκτρικά

σήµατα. Θερµικά, µηχανικά, ακουστικά, χηµικά ηλεκτρικά, µαγνητικά και βιολογικά

φαινόµενα µπορούν να ανιχνευθούν από αισθητήρες και να µετατραπούν σε

ηλεκτρικά σήµατα. Μερικά τέτοια παραδείγµατα παρουσιάζονται στις επόµενες

παραγράφους.

Με την ενσωµάτωση αγώγιµων νηµάτων, σε σχήµα δακτυλίων, σε ένα ελαστικό

ύφασµα µπορεί να δηµιουργηθεί ένας επαγωγικός αισθητήρας. Η αλλαγή στις

διαστάσεις των δακτυλίων, όταν το ύφασµα τεντωθεί, επιφέρει αλλαγή στην τιµή της

επαγωγής τους, δίνοντας τη δυνατότητα καταγραφής ζωτικών ενδείξεων του

οργανισµού όπως της καρδιακής λειτουργίας ή του ρυθµού της αναπνοής.

Η εναπόθεση ενός λεπτού στρώµατος πολυπυρρόλης ή ενός µίγµατος ελαστοµερούς

µε άνθρακα, σε ένα συνηθισµένο ελαστικό ύφασµα προσδίδει στο ύφασµα αυτό

ιδιότητες piezoresistive, να αλλάζει, δηλαδή, η ηλεκτρική αντίσταση του όταν αυτό

τεντωθεί. Με τον αισθητήρα αυτό µπορούν να καταγραφούν οι κινήσεις των

κλειδώσεων του σώµατος ή οι µεταβολές στη διάµετρο του θώρακος λόγω της

αναπνοής.

Πλεκτά υφάσµατα από νήµατα ανοξείδωτου χάλυβα περιτυλιγµένα γύρω από νήµατα

βισκόζης µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως ηλεκτρόδια για την καταγραφή σηµάτων

ηλεκτροκαρδιογραφήµατος ή ηλεκτροµυογραφήµατος.

18

Χωρητικοί αισθητήρες πίεσης ή βάρους µπορούν να κατασκευαστούν, περικλείοντας

ένα στρώµα αφρώδους υλικού ανάµεσα σε δύο στρώµατα αγώγιµων υφασµάτων. Με

την άσκηση πίεσης στο ύφασµα, το αφρώδες υλικό συµπιέζεται, µε αποτέλεσµα την

µεταβολή της χωρητικότητας ανάµεσα στα αγώγιµα υφάσµατα η οποία είναι ανάλογη

µε τη δύναµη που ασκήθηκε.

Κλωστοϋφαντουργικοί επεξεργαστές

Για την επεξεργασία δεδοµένων απαιτούνται δίοδοι, τρανζίστορ και άλλες µη

γραµµικές συσκευές. Μέχρι στιγµής δεν υπάρχουν διαθέσιµα κλωστοϋφαντουργικά

υλικά, ικανά να εκτελέσουν τέτοιες λειτουργίες. Μικροσκοπικά ολοκληρωµένα

κυκλώµατα και µερικές φορές σε εύκαµπτη µορφή αναπτύσσονται συνεχώς και

µπορούν να χρησιµοποιηθούν σαν αποσπώµενα εξαρτήµατα ενός έξυπνου ενδύµατος.

Προσπάθειες γίνονται για την κατασκευή ινών από ηλεκτρικά ενεργά πολυµερή

(electro-active polymers) που θα έχουν ενεργές λειτουργίες.

Κλωστοϋφαντουργικοί ενεργοποιητές

Οι ενεργοποιητές µετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήµατα σε φυσικά φαινόµενα.

Λαµβάνουν ηλεκτρικά σήµατα από τους αισθητήρες ή από τον επεξεργαστή και

αντιδρούν σ' αυτό εκτελώντας µια προκαθορισµένη εργασία. Σε πολλές περιπτώσεις

οι λειτουργίες του αισθητήρα και του ενεργοποιητή εκτελούνται από το ίδιο υλικό.

Τα υλικά που αναφέρθηκαν στο κεφάλαιο 2 είναι τα πιο γνωστά παραδείγµατα σ'

αυτό τον τοµέα.

Τα Shape Memory Alloys, για παράδειγµα, αντιδρώντας στις µεταβολές της

θερµοκρασίας µεταβάλουν το σχήµα τους παράγοντας κινητική ενέργεια. Η ποικιλία

ερεθισµάτων που ενεργοποιούν τα υλικά αυτά, καθώς και οι διαφορετικές ιδιότητες

(µορφή, σχήµα, χρώµα, ελαστικότητα, ευκαµψία κα.) οι οποίες µεταβάλλονται

καθιστούν τα υλικά αυτά υλικά επιλογής για εφαρµογές όπως η δηµιουργία τεχνητών

µυών, η ελεγχόµενη απελευθέρωση διαφόρων ουσιών, όπως φαρµάκων, η κατασκευή

κλωστοϋφαντουργικής οθόνης, η προστασία από ακραίες συνθήκες θερµοκρασίας

κλπ.

19

Τροφοδοσία

Τα τροφοδοτικά είναι συνήθως τα µεγαλύτερα και βαρύτερα εξαρτήµατα σε ένα

σύστηµα έξυπνού ενδύµατος και χρησιµοποιούνται για την τροφοδοσία των

ηλεκτρονικών στοιχείων του συστήµατος.

Η πρόοδος στην τεχνολογία των µπαταριών τα τελευταία χρόνια έχει δώσει

εξαρτήµατα µικρά και ισχυρά και σε ορισµένες περιπτώσεις εύκαµπτα και αδιάβροχα

τα οποία µπορούν να κατασκευαστούν µε χαµηλό κόστος και είναι αυτά που

χρησιµοποιούνται περισσότερο σε τέτοια συστήµατα. Υπάρχουν παραδείγµατα

µπαταριών AgO-Zn οι οποίες µπορούν να τυπωθούν µε τη µέθοδο screen printing σε

κλωστοϋφαντουργικά υποστρώµατα σε πάχος 120 µικρά και σε µέγεθος κουµπιού ή

νοµίσµατος.

Η έρευνα βέβαια τα τελευταία χρόνια προχωρά προς τη κατεύθυνση εναλλακτικών

πηγών τροφοδοσίας όπως φωτοβολταϊκών κελιών λεπτών υµενίων (thin film) ή

συσκευών που θα µετατρέπουν σε ηλεκτρική τις διάφορες µορφές ενέργειας που

παράγει το ανθρώπινο σώµα, όπως η κινητική ή η θερµική.

Κλωστοϋφαντουργικά δίκτυα

Τα ηλεκτρικά δίκτυα χρησιµοποιούνται για:

• τροφοδοσία των επιµέρους εξαρτηµάτων ενός έξυπνου ενδύµατος.

• µεταφορά δεδοµένων µεταξύ των επιµέρους εξαρτηµάτων και µεταξύ του

φέροντος το ένδυµα και του περιβάλλοντός του.

Αγώγιµα νήµατα ή κλωστές ή και οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται για να

αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά καλώδια για µεταφορά τροφοδοσίας και

δεδοµένων σε ένα έξυπνό ένδυµα. Η ύφανση, το πλέξιµο και το κέντηµα

χρησιµοποιούνται για την τοποθέτησή τους στη δοµή των υφασµάτων. Τα υλικά των

νηµάτων ή των κλωστών αυτών καθώς και ο τρόπος των συνδέσεων τους µε τα

διάφορα ηλεκτρονικά στοιχεία είναι πολύ σηµαντικός και εξαρτάται από την τελική

χρήση του έξυπνου ενδύµατος και το είδος του υφάσµατος από το οποίο είναι

κατασκευασµένο. ∆ιάφορες τεχνικές όπως θερµοκόλληση, κόλληση µε τη χρήση

κραµάτων (κασσιτέρου, µόλυβδου, ασηµιού), µε τη χρήση ειδικής αγώγιµης κόλλας ή

µε τη χρήση ειδικών συνδετήρων µπορούν να εφαρµοστούν µε το καθένα να

παρουσιάζει τα δικά του πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα. Η ηλεκτρική και η

θερµική µόνωση των αγωγών είναι ένα σηµαντικό θέµα.

20

Η επικοινωνία από το έξυπνο ένδυµα προς το περιβάλλον εξυπηρετεί τη µεταφορά

δεδοµένων για την απεικόνισή τους ή την περαιτέρω επεξεργασία τους ή την

αποθήκευσή τους. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιούνται ασύρµατες τεχνολογίες.

Μικροσκοπικά modules χαµηλού κόστους τα οποία χρησιµοποιούν διαφορετικά

πρωτόκολλα επικοινωνίας, είναι διαθέσιµα αυτή τη στιγµή στην αγορά.

Ωστόσο στη βιβλιογραφία αναφέρονται επιτυχείς προσπάθειες για την κατασκευή

κλωστοϋφαντουργικής κεραίας, µε τη χρησιµοποίηση αγώγιµων νηµάτων

κεντηµένων στην επιφάνεια του ενδύµατος. Επίσης έχουν χρησιµοποιηθεί

κλωστοϋφαντουργικές οθόνες για την απεικόνιση πληροφοριών.

Η επικοινωνία για την µεταφορά εντολών από το άτοµο που φορά το ένδυµα προς το

ένδυµα, µπορεί να γίνει µε τη χρήση πληκτρολογίων ή διακοπτών κατασκευασµένων

από αγώγιµα κλωστοϋφαντουργικά υλικά, ενσωµατωµένων στο ένδυµα.

21

Βιβλιογραφία

H. R. Mattila. Intelligent Textiles and Clothing. The Textile Institute, Woodhead

Publishing Limited 2006

Xiaoming Tao. Wearable electronics and photonics. The Textile Institute, Woodhead

Publishing Limited 2005

The future is textiles. Strategic Research Agenda, European Technology Platform for

the Future of Textiles and Clothing, 2006.

Intelligent textiles http://www.tut.fi/units/ms/teva/projects/intelligenttextiles

Dina Meoli, Traci May – Plumlee. Interactive electronic textiles development: A

Review of Technologies. Journal of Textile and Apparel, Technology and

Management 2002 2(2)

Lucy E. Dune, Susan P. Ashdown, Barry Smith. Expanding Garment Functionality

through Embedded Electronic Technology. Journal of Textile and Apparel,

Technology and Management 2005 4(3)

Lieva Van Langenhove, Carla Hertleer. Smart clothing: a new life. International

Journal of Clothing Science and Technology Feb 2004 16(1/2) 63 – 72