Table of Contents
الثورة الهادئة في التكنولوجيا المرهقة
ويستلزم الجيل القادم من الأجهزة القابلة للارتداء أكثر من مجرد أجهزة إلكترونية مصغرة؛ ويتطلب دمجاً سلساً في النسيج الذي نرتديه بالفعل، وتأتي الهوائيات المنسوجة في مقدمة هذا التحول، وتتحول الملابس العادية إلى نظم مترابطة يمكن أن تتواصل وتحس وتكيفها، وتزيد من السمات المجمدة التي تُعرض للخطر، وتُستخدم في صنع مواد الترسبات الذكية، وتُستخدم في شكلها.
ما هو الأنتينا المنسوجة؟
إن الهوائيات المنسوجة هي أجهزة الإشعال الكهرومغناطيسي مصنوعة من البطاريق المسيّرة أو النسيج أو المعاطف التي يمكن إدماجها في الملابس أو النسيج أو السلع السائلة، وتحتفظ بنفس المبادئ الأساسية التي تُعدها تطابق الخلايا المطبوعة، وتطابقها مع أنماط الأشعة، وتستخدم فيها مواد تُدرّب وتُقّب وتغسل دون فشل.
والميزة الرئيسية تكمن في عدم التدخل، إذ لا يحتاج المستعملون إلى حمل جهاز منفصل؛ ويصبح الهوائي جزءا من الملابس، ويفتح هذا النظام تطبيقات في الرصد الصحي المستمر، والاتصال بدون أي يد، وتتبع المواقع التي تكون فيها الإلكترونيات السائبة غير عملية، إلا أن الهوائيات المنسوجة تواجه تحديات فريدة: إذ يجب أن تعمل بشكل موثوق به على الرغم من القذف، والسحق، والتعرق، وعشرات من الإبداعات.
المواد وعمليات التصنيع
الاكست واليورنز
(أ) [نواة من أي من المنسوجات هي موادها السلوكية: تستخدم النماذج الأولية الفلزية أو أشرطة النحاس التي تُسلَّم على النسيج، ولكن هذه المعاطف مُتصدَّعة تحت الرصيف المتكرر.() وتشمل الحلول الحديثة الخيوط السلوكية التي تُصنع من النيلون الفضي أو البوليستر المحتوي على النحل، أو الملوِّثات الصلبة التي لا تحمل سعة 5
الصناعة المضافة: 3D-Prinnas on Fabric
3Dطباعة فتحت إمكانيات جديدة لإنشاء مجمّعات هندية معقدة مباشرة على المنسوجات، وباستخدام الألياف الحرارية المسيّرة (مثلاً، PLA المُلَفَّلة بالكربون أو TPU) التي تم الحصول عليها، يمكن طبع الهوائيات في خطوة واحدة، والقضاء على ما بعد التجهيز، وهذه الطريقة تتيح السيطرة الدقيقة على السميك، والواس، بل وحتى 3D ملامح مثل اللصات المُربَّبة المُضَة المُعَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَةَة.
تقنيات التطريز والتكويج
(ب) أجهزة التطريز التقليدية التي كانت مصممة أصلاً للخياطة الازدحامية، يمكن الآن أن تُودع خيوط سلوكية ذات شق رفيع، وذلك ببرمجة نمط (مثلاً، ثنائي خط متوسط أو رقعة دائرية)، وتُخيط الآلة شكل الهوائي في قاعدة نسيجية، وهذه الطريقة قابلة للتقسيم الجماعي ويمكن أن تقترن بصور غير متجانسة
أنواع الهوائيات المنسوجة
نباتات الأنتينا المنسوجة
(ب) إن الأنيائيات الصاعدة هي أكثر التشكيلات شيوعاً في المصابيح السائلة بسبب انخفاض مستوى جسمها وهدف إشعاعها، وتتكون رقعة منصات (في كثير من الأحيان من الترويح أو التعميم) على جانب واحد من طبقة النسيج وطائرة أرضية على الطرف الآخر، وتحدد السميكة الفرعية وثبات الديليكت الترددي المتكرر.
المنسوجات ديبول والمونوبول آنتينا
(ب) أن الهوائيات الديبولية أبسط من صنع وعرض التغطية الشاملة، مما يجعلها مناسبة لشبكات الجسم اللاسلكية (WBANs) وفي شكل منسوج، تُزرع الأسلحة الديبولية أو تطبع على شريط منقوش، وتخفض تصميمات خط الطول الطول الفيزيائي مع الحفاظ على إعادة الصمود، ويمكن إدماج جهاز النسيج في جهاز تيار أو صمامات مائية.
المنسوجات PIFA و Loop Antennas
ويمكن أن تُبنى الأنتينا المُنشورة في أجهزة مدمجة لربطها بزاوية متوسطة، وأن تُخفض الاعتماد على حجم الطائرة الأرضية، ويمكن بناء أجهزة النسيج PIFAs عن طريق ربط صفحة نسيجية مُتَّصلة على طبقة رغاوي ذات دبوس قصير، وهي مُرتَّبة جيداً على الساعات الذكية وقطع النسيج التي يجب أن تُستخدم فيها حقول النسيج في حيز مزدوج.
تحديات الأداء والحلول
الإقراض والتشويه
وعندما يكون الهوائي من المنسوجات مقصوداً، فإن التغيرات الحالية في التوزيع، مما يتسبب في حدوث تباطؤ في تواتر حدوثه وفي سوء سلوكه، وتبين عمليات المحاكاة والقياس أن من الممكن أن يتحول مسار السحب إلى الضبط بنسبة 10 إلى 20 ميغاهيرتز، ومن أجل التخفيف من ذلك، يستخدم الباحثون تصميمات للصوت التي تكون أقل حساسية في مجال الاختراق الذاتي.
الإهدار والاستمرارية
فالغسل هو عقبة رئيسية أمام هوائيات المنسوجات، فالمعدات والهيج ودورات التجفيف يمكن أن تتآكل المعادن، وتزيل الطلاءات، وتكسر الخيوط الرقيقة، كما أن طبقات الحماية أساسية: فصول في فيلم البوليوريثان البوليستري، أو النسيج مع حواجز النسيج، أو تستخدم في ذلك معادلات غير مائية.
تفاعل الهيئات الإنسانية
عندما توضع على الجسم، يتدهور أداء الهوائي بسبب ارتفاع معدل الديليكتري وفقدان الأنسجة البشرية (يورو r )
الاندماج في النظم القابلة للزراعة
The Successbedding a textile antenna into a garment requires careful attention to the entire system: the antenna itself, the feedline (often a microstrip or coaxial cable transition), and the connection to the transceiver module. Connector design[Ftenciap blue approaches, conductive Velcro, or magnetic benefit contacts
في الملابس الذكية، غالباً ما توضع الهوائي في مكان يحافظ على توجه ثابت بالنسبة لجسد المستخدم ومحطة القاعدة الخارجية (مثلاً، هاتف ذكي عند الورك أو مرسل في غرفة)
تطبيقات الصناعات عبر الحدود
الرعاية الصحية ورصد المرضى عن بعد
(ج) يتيح الهوائيات المنسوجة الرصد المستمر وغير المتفشي للعلامات الحيوية مثل معدل القلب ودرجة الحرارة ومعدل التنفس، ويمكن أن يتدفق أي قميص ذكي مع بيانات هوائيات غير قابلة للبث على جهاز إيكتروكولوجي إلى جهاز خدمة هاتفي أو مستشفى عبر بلوتوث أو وي-فاي.() ويجب أن يكون هذا التردد مريحاً إزاء الجلد ولا يتداخل مع الإيثراءات غير الكهربية([1]).
الرياضة والخير
ويستفيد الرياضيون من الوزن الخفيف، والاتصال المتكامل، والتتبع، ويسهل الهوائيات المنسوجة التي تُضم في القمصان أو القمصان الدراجية الاتصال بالفريق في الوقت الحقيقي، وتتبع النظام العالمي لتحديد المواقع، ونقل قياس الأداء، ويجب أن ينجو الهوائي من العرق والشمس والتمدد المتكرر، وقد ثبتت فعالية البطاطس المسيّرة التي تُطخ في النسيج.
الشؤون العسكرية والدفاع
نظم الجنود تحتاج إلى اتصالات ووعي حالي موثوق بها وخالية من اليدين، الهوائيات المنسوجة المدمجة في السترات والخوذات و الحقائب الخلفية يمكن أن توفر قدرات للحديث والقائمة دون هوائيات خارجية تقطع على المعدات، وتغطي التصميمات المتعددة النطاقات الترددات العالية جدا/التردد العالي جداً، ومجموعات البيانات التي يجب أن تكون عناصر الجيش المتنازعة والمقاومة.
Consumer Electronics
ومن الواضح أن الهوائيات، وفرق اللياقة، وأجهزة الأذن اللاسلكية، هي مرشحات واضحة للهوسفات، ومن خلال تحويل الهوائي من الحالة الصلبة إلى سلالة ناعمة، يمكن للمصممين أن يقللوا حجم المنتج ويحسنوا الراحة، فعلى سبيل المثال، يمكن لفرقة مراقبة تحتوي على هوائي منسجة أن تتواصل مع هاتف ذكي أو وواي فاي دون أن تتداخل مع ملفات الموسيقى.
التوجيهات المستقبلية والبحوث الجارية
AI-Assisted Antenna Design
ويجري تطبيق التعلم من الآلات على أفضل وجه في مجال قياسات هنودية المنسوجات في مواقع معينة من الجسم وفي سيناريوهات النشر، ويمكن للخريطات الجينية والشبكات العصبية أن تستكشف بسرعة ملايين بارامترات التصميم، والسمكة الفرعية، والسلوك المادي، إلى أقصى حد من الكفاءة واتساع النطاق، مع التقليل إلى أدنى حد من الحساسية لحركة الجسم، مما يقلل بدرجة كبيرة من دورة الاختبارات والأعراق في مجال التنقيبات.
تسخير الطاقة وتعبئة الذات
ويمكن أن تخدم الهوائيات المستقبلية غرضا مزدوجا: الاتصال وجمع الطاقة، ويمكن أن يلتقط جهاز التجميل الذي يُصنع من النسيج المسيّر طاقة مأمونة من طراز RF ويحولها إلى قوة العاصمة لتشغيل أجهزة الاستشعار، مع وجود البطاريات المرنة أو أجهزة التحكم في النسيج، مما قد يؤدي إلى تركيبات ذاتية ذاتية الدفع، وتظهر نماذج أولية من الطوابق.
المنسوجات الذكية والاستشعار
وسيؤدي التكامل مع أجهزة الاستشعار الأخرى القائمة على النسيج )الدروع، درجة الحرارة، الرطوبة، الصحة( إلى إيجاد نظام متماسك قابل للارتداء، كما يمكن أن يكون الهوائي عنصراً للاستشعار نفسه - من خلال رصد التغيرات في تردد الارتداد أو التردد بسبب التغيرات البيئية )مثل القرب، والرطوبة(، وهذا المفهوم، المعروف بالمنسوجات اللاسلكية المعرفية، يتيح إمكانية الوصول الدينامي للطيف والاتصال التكييفي.
الصناعة التحويلية القابلة للطي
ولكي تصبح الهوائيات المنسوجة صالحة للتداول، يجب أن يكون الإنتاج فعالا من حيث التكلفة ومتوافقا مع خطوط صناعة الملابس القائمة، ويجري تطوير الابتكارات في مجال التطريز الرقمي، والطباعة من القاعدة إلى القائمة، والتغليف الآلي في هذا الاتجاه، ويجري وضع معايير مثل IPC/WHMA-A-620 فيما يتعلق بأجهزة النسيج الإلكترونية لضمان الجودة والموثوقية.
خاتمة
وقد تطورت الهوائيات المنسوجة من روايات تجريبية إلى عناصر عملية تعيد تشكيل المشهد التكنولوجي القابل للارتداء، ومن خلال التقدم المحرز في المواد السلوكية، والطباعة 3D، واستراتيجيات التصميم القوية، فإن هذه الهوائيات تحقق الآن أداء موثوقاً به في بيئة تتطلب ارتداء ملابس يومية، وقدرة هذه القطاعات على الاندماج بشكل لا يفتر في الملابس، بينما تؤدي وظائف الاتصال والاستشعار إلى جعلها حجر الزاوية في الجيل القادم من القابلية للزراعة.