ويتحول علم النانوات، وهو علم التلاعب على النطاق الذري والجزئي، بسرعة الصناعات المتعددة من الطب إلى الصناعة التحويلية، وفي قطاع معونة التنقل، فإن تطبيقاته تعد واعدة بشكل خاص لإيجاد عناصر كرسيية متحركة تكون ذات وزن حساس واستثنائي، وكثيراً ما تتطلب الكراسي المتحركة المحافظة على المكوّنات الميكانيكية بسبب ارتدائها ودموعها في الأطار والعجلات ونظم التسخاء، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وانخفاض الموثوقية بالنسبة للمستخدمين.

فالتحول من المواد التقليدية إلى المواد النانوية ليس مجرد زيادة؛ بل يمثل تغييرا أساسيا في كيفية تصميم المكونات، كما أن المواد التي تظهر في نطاق النانو، سلوكا فريدا - أقوى، وسرعة كهربائية أكبر، وتعزيز القدرة على التفاعل الكيميائي - غير موجودة في نظرائها من ذوي الكراسي العجلية - يمكن أن تترجم هذه الخواص إلى فوائد في العالم الحقيقي: إن الإجهاد الناتج عن ثقوب الكربون يمكن أن يكون نصفا.

دور علم النانوت في صنع كرسي العجلات

وقد اعتمد تصنيع الكراسي على المعادن من قبيل الألومنيوم والفولاذ، إلى جانب البوليمرات والمركبات التقليدية، وفي حين أن هذه المواد توفر أداء ملائما، فإنها لا تُستفد على نحو أمثل من المطالب المحددة للتحميل اليومي المكرر للمركبات، والتعرض للرطوبة والإشعاع فوق البنفسج، والحاجة إلى انخفاض الوزن لتسهيل النقل والدفع.

وتشمل المجالات الرئيسية التي يحدث فيها أثر ناوتشينوولوجيا قابل للقياس بناء الإطارات، وتصميم العجلات والإطارات، ونظم التفاخر، والمقعدات والمكونات الإلكترونية، وتستفيد كل من هذه المجالات من القدرة على مهندس المواد في خواص النانويكات، وممتلكات الخياطة مثل الشد، والقسوة، والاستقرار الحراري، والنشاط المضاد للأوبئة، وتورد الفروع التالية تفاصيل التحسينات المحددة التي يجري نشرها في مجال التكنولوجيا النانوية والأداء.

نانوميات في كراسي العجلات

والإطار هو العمود الفقري لأي كرسي متحرك، ويؤثر وزنه وقوامه تأثيرا مباشرا على المناورة والقابلية للتنقل وازدهار المستخدمين، وتقيم الأطر التقليدية للألومنيوم توازنا بين الوزن والتكاليف ولكنها عرضة للكسر الدهني بمرور الوقت، وتزداد الأطر الصلبة قوة ولكنها أثقل بكثير.

كما أن الأورام المشابهة للدموع هي هياكل خلوية من ذرات الكربون ذات قوة متشابكة تبلغ نحو 100 مرة من الصلب بينما تكون ذات وزن سادس، وعندما تفرقت بشكل موحد في إطار متعدد الأطراف (مثلاً، أو أكاسيد النسيج أو النيلون)، فإن هذه المواد تخلق طبقة مركبة من القلاقل المسببة للارتطام تزيد عن تركيزها على الأورام.

وعلى الرغم من أن النانوية الواعدة الأخرى هي النانوية، المستمدة من الألياف النباتية، فبينما لا تكون قوية مثل النينات، فإن النانوسيلولوز قابلة للتجديد، ويمكن التحلل الأحيائي، وثباتات غير عادية بالنسبة لكثافة العجلات، فإن الباحثين يستكشفون العجلات النانوية المختلطة مع نانووبات الكربونية لتحقيق توازن أمثل في القوة والاستدامة والتقدير.

تعزيز مكونات وعجلات العجلات

ويخضع العجلات والإطارات على الكراسي اليدوية والمركبات للضغط المستمر، والثقوب، والتعرض للأسطح القاسية، ويتيح علم النانو استراتيجيات متعددة لتوسيع نطاق حياتها في مجال الخدمة وتحسين نوعية ركوبها، ويشمل أحد النهج إدراج الجسيمات النانوية في مجمع المطاط الإطاري، وعلى سبيل المثال، يمكن لإضافة السيليكا أو الجسيمات السوداء للكربون أن تعزز المقاومة المسيلية وتخفض مقاومة الكراسي المتحركة يدويا.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي المعاطف المجهزة بالعجلات والمناطق الناطقة إلى الحد من الاحتكاك في نقاط الاتصال، وهذه المعاطف التي تتكون من كربون يشبه الماس أو من مخدرات التنغستن - التي لديها مواصفات منخفضة للغاية من الاحتكاك وشديدة الارتداد، وتخفض إلى أدنى حد من الارتطام بين الخيوط ومكونات العجلات المتحركة التي تُشغل بالفلور.

وبالنسبة للكراسي المتحركة، فإن الإطارات الصلبة المستخدمة عادة لتجنب التمزقات كثيرا ما توفر ركوبا قاسيا، كما أن مواسير الرغاوي التي تحركها الأنتيل والتي تتضمن نانوبلز أو الكبائن المجهرية للهواء يمكن أن تقلل من مدى امتثال الإطارات النيومية بينما تبقى من مناعة إلى البواسير، وهذه الرغاويات تُتَوَل إليها لتوفير ترس ثابت على نطاق حراري واسع، مما يؤدي إلى تحسين مستوى المواة.

نظم الإبراهـام وأجهزة الادخار النانوية

إن أداء السخرة أمر حاسم بالنسبة للأمان، ولا سيما في العنابر العميقة وخلال التوقفات الطارئة، وتُصنع أكواد الفرامل التقليدية في الكراسي المتحركة من مركبات عضوية أو معدنية يمكنها أن ترتدى بسرعة، وتنتج الغبار وتولد حرارة تتدهور كفاءة المكابح، وتُعزز بمركبات النانوكوب الكربونية أو الجسيمات النانوية المشبعة بالدمات (مثلا، فإن الرؤوس المتفوقة المتحركة أو المتحركة.

وقد أظهرت اختبارات المختبرات التي تقارن بين أغطية المكابح التقليدية وأجهزة الضغط المجهزة بالشبكة الوطنية للتنقية على أقراص الكراسي المتحركة أن الأغطية النانوية استمرت أكثر من ثلاث مرات، وحافظت على قدرة ثابتة حتى بعد دورات التكسير العالية السرعة المتكررة، وذلك لأن هذه المواد تعمل كقنوات حرارية، وتبعد الطاقة الحرارية عن سطح الاحتكاك وتمنع " الحزمة " .

وثمة تكنولوجيا ناشئة أخرى تتمثل في استخدام السوائل المغنيترية التي تحتوي على جسيمات الحديد النانوية، وعندما تتعرض هذه السوائل لمجال مغناطيسي، تتغير الحساسية فورا تقريبا، مما يتيح التحكم الإلكتروني الدقيق في قوة التبرير، وفي حين أن هذه النظم لا تزال تجريبية بالنسبة للكراسي المتحركة، فإنها يمكن أن تتيح التكسير المتجدد في الكراسي المتحركة، واستعادة الطاقة التي ستفقد لولا ذلك بوصفها مجموعة من الحرارة وات البطارية.

حرق الوزن الخفيف و الإشتعال

ويجب أن توفر نظم الجلوس في الكراسي المتحركة تخفيفا للضغط لمنع قرحة الضغط )الأوعية(، ودعم الوضع المناسب، وأن تكون خفيفة الوزن بما يكفي لعدم إعاقة التنقل، وتحسن التكنولوجيا النانوية المواد الرطبة باستخدام رغاوي البوليمر الفاسدة المزودة بمركبات نانوبوي، مثلا، تزيد من معدل الارتداد باللوائح النانووية في رغاوي البوليريثين من الطاقة.

وتمثل هذه المواد التي ترتفع فيها مستويات الحرارة، والتي تتألف من 99 في المائة من الهواء، حداً آخر من الحدود في التستر، ويمكن هندسة هذه المواد التي تحتوي على الموجات فوق البنفسجية لتوفير درجة عالية من التشعب - أي على مقربة من جلد المستخدم، وتعميق الضغط في الوسادة - لتوزيع الضغط بالتساوي، وفي المحاكمات الأولية، أظهرت أكياس الكراسي المتحركة التي أجريت من الأنسولولوزية انخفاضاً كبيراً في الضغط على مستوى الذروجيل.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن دمج الجسيمات النانوية المضادة للدبابات مثل أكسيد الفضة أو النحاس في أغطية الطعام والرغاوي التي تحول دون النمو البكتيري والفطري، وهذا أمر ذو قيمة خاصة بالنسبة للكراسي المتحركة المستخدمة في أماكن الرعاية الصحية أو الأفراد غير المتقاربين، حيث أنه يقلل من خطر الإصابة ويساعد على الحفاظ على النظافة الصحية بين التنظيفات.

الإلكترونيات والمكونات الذكية

ويتزايد إدماج الكراسي المتحركة الحديثة للضوابط الإلكترونية والمجسات وملامح الاتصال، إذ تتيح التكنولوجيا النانوية عناصر أصغر وأكثر كفاءة تستهلك قدراً أقل من الطاقة وتوفر أوقاتاً أسرع للاستجابة، إذ يمكن للمكثفات الخارقة التي تتخذ من غرافين مقراً لها أن تخزن وتفرج الطاقة أسرع بكثير من البطاريات التقليدية، مما يجعلها مثالية لتوليد كميات قصيرة من المساعدة على الكراسي اليدوية المتحركة أو لتسلية في إنتاج الطاقة على النماذج الكهربائية.

ويمكن للمجسات التي تدمج في إطارات الكراسي المتحركة والمقاعد أن ترصد السلالات ودرجات الحرارة والضغط في الوقت الحقيقي، وتحيل البيانات إلى جهاز هاتف ذكي أو منصة صحية عن بعد، وعلى سبيل المثال، يمكن لشبكة من أجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة النانوية التي تُستخدم في الإطار أن تكتشف آثاراً دقيقة قبل أن تنتشر، وتوفر الإنذار المبكر بمواقع التفشي الهيكلي.

وثمة مجال واعد آخر هو استخدام الكهروولات المجهزة بالنانووية في بطاريات الكراسي المتحركة، ويمكن أن يؤدي إضافة النانويات السيليكونية إلى مواد الإعلان إلى زيادة كثافة الطاقة البطارية بنسبة تصل إلى 30 في المائة، مما يتيح مجموعة البطاريات الخفيفة ذات النطاقات الأطول، مع وجود نظم فعالة لإدارة الطاقة تتيحها أجهزة النقل البحري، يمكن للكراسي الكهربائية المتحركة أن تسافر بعيدا على دفعة واحدة مع تقليل الوزن الإجمالي لجهاز التنقل.

الفوائد والتوقعات المستقبلية

ويُسفر إدماج التكنولوجيا النانوية في مكونات الكراسي المتحركة عن مجموعة من الفوائد الملموسة للمستعملين والمصنعين ومقدمي الرعاية الصحية:

  • Enhanced durability:] Nanocomposite frames, tires, and brake pads last significantly longer, reducing the frequency and cost of replacements.
  • Reduced weight:] Lighter frames and components improve maneuverability, reduce user fatigue during self-propulsion, and make wheelchairs easier to lift into vehicles.
  • Improved safety:] better braking systems, puncture-resistant tires, and real-time structural monitoring lower the risk of accidents and failures.
  • Greater comfort:] Advanced cushioning and pressure-sensing technologies help prevent pressure ulcers and improve overall comfort during extended use.
  • Lower maintenance costs:] Longer-lasting components and self-diagnosing sensors reduce the need for routine inspections and repairs.
  • Enhanced hygiene:] Antimicrobial nanocoatings keep surfaces clean, reducing infection risk.
  • Energy efficiency:] Graphene supercapacitors and nanowire-enhanced batteries extend range and shorten charging times for electric wheelchairs.

ومن شأن البحث في المستقبل، في البحوث الجارية في المواد النانوية أن يتجه نحو إمكانيات ثورية أكثر، كما أن مواد التطعيم الذاتي التي تتضمن كبائن صغيرة من عوامل الشفاء التي تمزق عندما تكيف أشكال الشق، مع أطر الكراسي المتحركة، ويمكن أن تُغلق تلقائياً الخدش أو النسيان، وتمنع التصدّع وتمتد حياة المكوّن، وبالمثل، فإن المواد التكيّفية التي تغيّف درجات الحرارة أو تُر.

كما أن التكنولوجيا النانوية تتلاقى مع التصنيع المضاف )الطباعة الثالثة( لإنتاج أجزاء من الكراسي المتحركة ذات الطلاء العادم عند الطلب، وباستعمال الألياف النانوية، يصبح من الممكن طبع سطح ذي إطار شخصي من الهندسة أو المقاعد يتضمن التعزيزات والمجسات النانوية مباشرة أثناء عملية الطباعة، مما سيقلل من النفايات، وانخفاض التكاليف، وسيمك ِّن من سرعة وضع النماذج الجديدة المصممة خصيصا للمستعملين.

بيد أن توسيع نطاق هذه الابتكارات من المختبر إلى الإنتاج الجماعي يتطلب التغلب على التحديات المتصلة بالتكلفة، واتساق التصنيع، وتقييم السمية الطويلة الأجل للجسيمات النانوية، وتشير الدراسات المبكرة إلى أن بعض المواد النانوية، إذا ما أُطلقت كجسيمات حرة، يمكن أن تشكل مخاطر الاستنشاق، ومن الضروري وجود كبساط قوي وبروتوكولات مناولة مأمونة، وتعالج الأطر التنظيمية للأجهزة الطبية، مثل تلك التي تنفذها أجهزة الإيضاح.

خاتمة

ويبشر علماء النانو بالخير الكبير لتحسين قابلية العناصر المتحركة للارتقاء، والسلامة، وكفاءة الكراسي المتحركة، ومن الأطر التي تُستخدم في إطارات نانووب الكربون التي تتجاوز الحدود إلى أجهزة الاستشعار الذاتية، ومحركات العجلات المخففة، فإن هذه الابتكارات تتجه إلى تحويل أدوات التنقل إلى مواد أكثر خفافة، وأكثر قدرة على الاستغناء، وإلى أجهزة أكثر ذكاء.

For further reading on the science behind these developments, refer to the Nature review on carbon nanotube composites in structural applications, the NCBI study on graphene-based coatings for aluminum fatigue life, and the [FLchn mobility discussing naici6]