نسيج مبرد يضخ العرق لتعزيز توليد الطاقة والراحة

ملابس أبرد تولّد طاقتها بنفسها

تخيل ملابس التمرين التي تبقيك جافًا وباردًا بينما تشحن أجهزتك القابلة للارتداء بهدوء. تقدم هذه الدراسة نوعًا جديدًا من النسيج يفعل ذلك تمامًا، يحوّل عرَقك إلى راحة وكهرباء دون بطاريات ضخمة أو طبقات بلاستيكية لاصقة.

لماذا العرق مشكلة ومصدر في آن واحد

مع ازدياد استخدام الناس لأجهزة تتبع اللياقة والساعات الذكية وأجهزة استشعار الصحة، يتنامى الطلب على مصادر طاقة موثوقة ومناسبة للجسم. تعتمد أنظمة حصاد الطاقة التقليدية، مثل الألواح الشمسية الصغيرة أو المولدات المعتمدة على الحركة، على الضوء أو الحركة وغالبًا ما تحتبِس الحرارة والرطوبة على الجلد. هذا يجعل ارتدائها غير مريح لفترات طويلة. في الوقت نفسه، يفرز جلدنا باستمرار رطوبة في صورة عرق ورطوبة جوية، تحمل طاقة كيميائية عادةً ما تُهدر. الأجهزة السابقة التي حاولت استغلال هذه "طاقة الرطوبة" أنتجت تيارات كهربائية ضعيفة وغالبًا ما امتصت الماء دون السماح له بالهروب، مما ترك المرتدي رطبًا وساخنًا.

نسيج يضخ العرق في اتجاه واحد

صمّم الباحثون "نسيجًا مبردًا يعمل بذاته" يتصرف كصمام أحادي الاتجاه للسائل. بدأوا بنسيج نايلون مطاطي وغطّوا جانبًا واحدًا فقط بجزيئات مقاومة للماء مرتبة في قنوات تدرجية دقيقة. هذا يحوّل القماش إلى "صمام سائل" يسحب العرق بعيدًا عن جهة الجلد ويدفعه نحو الجهة الخارجية، مع منع تسرب الماء من الخارج إلى الداخل. بينما يتحرك العرق عبر النسيج ويمتد على مساحة سطح أكبر بكثير في الخارج، يتبخر بمعدل يقارب الضعف مقارنةً بالنايلون العادي. في الاختبارات، خفض هذا التصميم درجة حرارة الجلد بحوالي 6.3 درجات مئوية وجفف ذراعًا متعرقًا خلال دقيقة، مع إبقاء الجانب الملامس للجلد أكثر جفافًا بشكل ملحوظ.

تحويل الرطوبة المتحركة إلى تيار كهربائي

فوق هذا النسيج الضاغط للماء، طبع الفريق مولدًا رقيقًا متعدد الطبقات باستخدام مواد شائعة: طبقة سفلية من الألمنيوم، وطبقة وسطى شبيهة بالهلام مصنوعة من بوليمر (PVA) ممزوج بملح (كلوريد الليثيوم)، وطبقة علوية من الجرافين. عندما يدخل العرق أو الماء الهلام من جهة الجلد ويتحرك للأعلى، تسحب جزيئات الماء الأيونات المذابة معها. تسافر الأيونات السالبة والموجبة بسرعات مختلفة، فتنفصل الشحنات بين أعلى وأسفل الهلام، مكونة مجالًا كهربائيًا داخليًا. يحافظ التدفق الاتجاهي الذي يفرضه صمام السائل على استمرار هذا الانفصال لفترة أطول مما كان عليه في الأجهزة المبنية على الرطوبة السابقة، ما يعزّز الناتج. وصل النسيج إلى كثافة تيار تبلغ 0.40 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع، أي ما يقارب ضعف ما تحققه الأجهزة المماثلة بدون صمام السائل وبما يفوق كثيرًا العديد من المولدات المعتمدة على الرطوبة في الماضي.

موازنة الراحة والقوة والطاقة

لجعل النسيج عمليًا، وزّن المؤلفون بعناية نمط المولد المطبوعة والمناطق المفتوحة غير المطبوعة التي تتعامل مع العرق والحرارة. تزيد المساحة المفتوحة من سرعة التبخر والتبريد لكنها تترك مساحة نشطة أقل لجمع التيار. باستخدام أنماط على شكل شبكة، وضبط حجم المسام وتعديل كمية الملح في الهلام، وجدوا نقاط توازن تمنح تبريدًا قويًا وطاقة مفيدة في آنٍ واحد. عمل النظام عبر نطاق واسع من درجات الحرارة ومستويات الرطوبة واستمر في الأداء بعد العديد من دورات التمدد والانحناء والجفاف. يمكن ربط وحدات نسيج متعددة لزيادة الجهد أو التيار، مما وفر طاقة كافية لإضاءة شريط LED وشحن أجهزة تخزين صغيرة.

استخدامات يومية من القمصان إلى الحفاضات الذكية

أظهر الفريق أن هذا النسيج المضخّ للعرق يمكن طباعته على ملابس عادية، مثل القمصان والتيشيرتات والشورت والقبعات، دون أن يجعلها جامدة أو ثقيلة. رقعة كبيرة على قميص بردت الجلد المتعرق على مساحة واسعة بينما ولّدت كهرباء. في عرض واحد، زوّدت وحدتان من النسيج شريط إضاءة مرنًا على الملابس. وفي عرض آخر، دمجوا النسيج في حفاضة مع مستشعر لاسلكي. لأن الناتج الكهربائي يعتمد على كمية السائل التي تمر، استطاع النظام اكتشاف مستوى البلل وإرسال تنبيهات تتراوح بين راحة إلى حاجة انتباه فوري. استُخدم نفس النهج لتشغيل نظام صغير لمراقبة الصحة نقل إشارات درجة حرارة الجلد ومعدل ضربات القلب.

ماذا قد يعني هذا للأجهزة القابلة للارتداء في المستقبل

بشكل عام، تُظهر الدراسة أن الملابس يمكن أن تعمل كنظام تبريد شخصي ومصدر لطاقة لطيف عبر توجيه العرق والأيونات بذكاء. بدلًا من مجرد امتصاص الرطوبة، يضخ هذا النسيج العرق إلى الخارج بنشاط، يبرد الجسم ويستخلص جزءًا من هذه العملية كهربائيًا. مع مزيد من التطوير نحو تصاميم قابلة للغسل وإدارة طاقة مدمجة، يمكن أن تساعد مثل هذه الأقمشة المبردة المضخة للعرق في دعم إلكترونيات قابلة للارتداء مريحة وطويلة الأمد للرعاية الصحية والرياضة والحياة اليومية.

الاستشهاد: Zhu, R., Zhang, Z., Luo, Y. et al. Sweat-pumping cooling fabric for enhanced power generation and comfort. Nat Commun 17, 4374 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70856-8

الكلمات المفتاحية: الإلكترونيات القابلة للارتداء, نسيج مبرد, حصاد طاقة العرق, مولد يعمل بالرطوبة, أقمشة ذكية