كوسه و فناوري قرن بيست‌ويكم

چنان‌که می‌دانید امروزه آن چه به عنوان صنعت نساجی و تکنولوژی وابسته به آن مورد بحث قرار می‌گیرد تنها نوع الیاف مورد استفاده در بافته‌ها نیست، بلکه طراحان پارچه با در نظر گرفتن نیاز مخاطبان و به‌کار بردن یافته‌های روز به طراحی محصولاتی می‌پردازند که واجد خصوصیات منحصر به فردی است نظیر هماهنگی کامل با شرایط فیزیکی و نوع فعالیت فرد پوشنده و عوامل محیطی که شخص در آن مشغول به فعالیت است.

تاریخچه

غذا، سرپناه و لباس (پوشش)، سه نیاز اولیه‌ي بشر از بدو پیدایش او بوده است. با گذشت زمانی طولانی گرچه ماهیت این نیازها تغییر نکرده است، اما شکلی نو و ابعاد گسترده‌تری به خود گرفته است. برای مثال لباس که زمانی تنها جهت حفاظت انسان از گرما، سرما و آسیب‌های محیطی بود، با پیشرفت بشر و گرایش او به زندگی گروهی و پدید آمدن اجتماع و سایر پیامدهای زندگی گروهی، نظیر فرهنگ، نوع تاز‌ه‌ای از عمل‌کرد به‌خود گرفت. در این میان پارچه و تکنیک‌های تولید آن که از ابتدایی‌ترین صنایع دست بشر به‌شمار می‌رود، به‌دلیل نیاز روزافزون، توسعه یافت. به‌طوری که امروز به سختی می‌توان انواع مختلف این محصول و کاربردهای آن را نام برد.
گرچه شواهد زیادی از ابزارهای ابتدایی ریسندگی با قدمت نزدیک به 7000 سال در نقاط مختلفی از فلات ایران کشف شده است، اما به‌طور رسمی این مصری‌ها بودند که هنر ریسندگی و بافندگی پنبه را در 5500 سال پیش در اختیار داشتند. چینی‌ها در حدود 3600 سال پیش به بافتن پارچه‌های ابریشمی از الیاف کرم ابریشم پرداختند. سرانجام در قرن هفدهم دانشمندان موفق به استخراج سلولز چوب و تولید الیاف شدند.
در قرن هجده و نوزده با شکل‌گیری انقلاب صنعتی و ایجاد کارخانه‌ها، به‌ویژه کارخانجات نساجی، ریسندگی و بافندگی، تبدیل به تکنولوژی تولید پارچه از الیاف طبیعی و مصنوعی شد.

کاربردها

بافته‌ها یا به طور کلی منسوجات از نظر کاربرد به دسته‌های مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند، که عمده‌ی آن را پوشاک در بر می‌گیرد. دسته‌ی دوم تولیدات با اهداف صنعتی است و از آن به عنوان بافته‌های صنعتی نام برده می‌شود. این بافته‌های صنعتی شامل سازه‌های مورد استفاده در صنعت خودروسازی، پزشکی نظیر ایمپلنت‌ها (implants) ،لباس‌های عایق و محافظ در برابر گرما ،تشعشع ،مواد مذاب مانند لباس آتش‌نشان‌ها و جوش‌کارها و لباس‌های محافظ نظیر جلیقه‌های ضد گلوله، است. همچنین در تقویت مواد کامپوزیت یا ترکیبی مانند فایبرگلاس و تقویت‌کننده‌های ساختارهای خاکریزی نظیر سدها و دیواره‌ها، از ترکیبات مختلفی از الیاف استفاده می‌شود که در تمامی آنها کارایی و دقت بالای عمل‌کرد باید مد نظر قرار گرفته شود.

رده‌بندی الياف در صنعت نساجی

در صنعت نساجی الياف به سه دسته تقسيم می‌شوند که عبارتند از :

1. الياف طبيعی «Natural fibers» شامل دو بخش الياف نباتی و الياف حیوانی

الياف نباتی مانند : پنبه ٬ کتان ٬ کنف ٬ رامی
الياف حيوانی مانند : پشم و ابریشم

بافته‌های حیوانی به طور کلی از مو و خز حیوانات به‌دست می‌آیند.
پشم یا نخ پشم از بز و گوسفند، کشمیر از موی نوعی بز هندی به نام بز کشمیر، موهر که از بز آنگورا Angora goat ، متعلق به شمال آفریقا بة‌دست می‌آید نمونه‌هایی از آنهاست.
پشم آلپاکا alpaca wool، ویکنا vicuña wool ، از شتر‌های بی‌کوهان آمریکای شمالی، و پشم لاما llama wool متعلق به گونه‌هایی از شتر بی‌کوهان در آمریکای جنوبی است.
ابریشم که از پیله‌ی کرم ابریشم به‌دست می‌آید متعلق به کرم ابریشم چینی است و پارچه‌ای که از این الیاف بافته می‌شود بسیار لطیف است.

2. الياف معدنی «Mineral fibres»؛ اليافی هستند که مواد اوليه آنها از کاني‌ها به‌دست می‌آیند مانند الياف شيشه ای و الياف فلزی.

الیاف معدنی
آزبست و رشته‌های بازالت که برای پوشش پرده‌ی صحنه و پتوی اطفای حریق به‌کار می‌روند و الیاف شیشه که در لباس فضانوردان به‌کار می‌رود نمونه‌هایی از کاربرد این الیاف در تولیدات صنعتی هستند.

آزبست

آزبست یکی از سیلیکات‌های معدنی طبیعی است که دارای کریستال‌هایی به شکل رشته‌های بسیار نازک است.

اشاره: آزبست بر گرفته از واژه‌ای یونانی است که در گذشته به آن ماده‌ی معدنی جادویی می‌گفتند، زیرا به‌دلیل ویژگی نرمی و انعطاف‌پذیری آن، این امکان را می‌داد که از رشته‌های آن به عنوان تار و پود در بافتن پارچه استفاده شود و این پارچه در آتش نمی‌سوخت. در گذشته این کالا توسط بازرگانان ایرانی از هندو کیش وارد ایران می‌شد.
بر اساس نوشته‌های ابوریحان بیرونی در کتاب الجماهر فی معرفه الجواهر این کانی با نام «آذرشست āzarshast یا آذرشب āzarshab » و جامه‌ای که با آن بافته می‌شد با نام «شستکه shastakeh» یاد شده است.

3. الياف مصنوعی که شامل دو دسته است: یکی اليافی که منشا طبيعی دارند ولی توسط انسان دوباره تهيه می‌شوند مانند ویسکوز ٬ استات و تری استات که هر یک ریشه سلولزی دارند.
و دیگری الياف سنتتيک یا مصنوعی که از مشتقات نفتی توليد می‌شوند مانند: نایلون٬ داکرون٬ ارلون یا به‌طور کلی پلی‌آميدها٬ پلی‌استرها٬پلی‌اورتان‌ها٬ پلی‌اکریلونيتریل٬ پلی‌وینيل‌کلراید و ...

پلی‌استر در انواع لباس‌ها به تنهایی یا همراه با الیاف دیگر مانند کتان (پنبه) به‌کار می‌رود.

آرامید (Aramid) در لباس‌های ضد حریق، لباس‌های زرهی و ضدضربه

آکریلیک الیافی است که معمولاً به‌جای پشم و کشمیر به‌کار می‌رود و برای تهیه‌ي پارچه‌های شبهِ پشم و کشمیر به علت شباهت بسیار از آکرلیک استفاده می‌کنند.

نایلُن به‌عنوان الیاف شبیه ابریشم از آن استفاده می‌کنند که کیفیت بسیار نازلی به البسه می‌دهند.

اسپندکس Spandex نوعی پلی‌اورتان است که به راحتی کش می‌آید و برای لباس‌هایی که نیاز به انعطاف بالا دارند، نظیر لباس شنا، بسیار مناسب است.

Olefin الیاف الفین برای لباس‌های گرم‌کُن و ضد‌آب به‌کار می‌رود و به دلیل ضد‌آب بودن به‌سرعت خشک می‌شود.

و غیره.

اما چنان‌که می‌دانید، امروزه آن‌چه به‌عنوان صنعت نساجی و تکنولوژی وابسته به آن مورد بحث قرار می‌گیرد تنها نوع الیاف مورد استفاده در بافته‌ها نیست، بلکه طراحان پارچه با در‌نظر‌گرفتن نیاز مخاطبان و به‌کار بردن یافته‌های روز به طراحی محصولاتی می‌پردازند که واجد خصوصیات منحصر به فردی است، نظیر هماهنگی کامل با شرایط فیزیکی و نوع فعالیت فرد پوشنده و عوامل محیطی که شخص در آن مشغول به فعالیت است. در اینجا نمونه‌ای از این طراحی که با الهام از طبیعت به بازار عرضه شد را با هم مرور می‌کنیم. در مشاهد‌ی علمی آینده به معرفی نمونه‌هایی دیگر خواهیم پرداخت.

در مسابقات شنای المپیک حتی یک صدم ثانیه می‌تواند در برد یا باخت تاثیر بگذارد. از آنجایی که اصطکاک (کشش) آب با بدن شناگر در حین حرکت، نقش عمده‌ای در کاهش سرعت آنها دارد، بسیاری از شناگران در رقابت‌های مهمی نظیر المپیک از جدیدترین لباس‌های شنای طراحی شده برای کاهش کشش آب بهره می‌برند.

بررسی مورفولوژیکی و تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی در مطالعه بر روی سریع‌ترین جانور آبزی جهان یعنی کوسه‌ها نشان می‌دهد که زوائد دندانی بسیار کوچکی (dermal denticles) سطح پوست این جانور را پوشانده است. شکل وضعیت قرار‌گیری این دنتیکل‌ها در طول بدن کوسه متفاوت است و به جریان آب در کارامدترین حالت، در امتداد بدن کمک می‌کند.
هر گونه (species) از کوسه‌ها شکل متفاوتی از دنتیکل را داراست. با کشیدن دست بر روی پوست کوسه‌ها از عقب به جلو (در خلاف جهت) این زوائد را احساس خواهید کرد در‌حالی‌که اگر دست خود را از جلو به عقب بر روی پوست حرکت دهید، پوست بسیار صاف به نظر می‌آید.
بدن کوسه‌ها در تماس با آب، جریان‌های گردابی قائم یا مارپیچی آب را پدید می‌آورد که منجر به تماس بیشتر آب با بدن کوسه و در نتیجه کاهش اصطکاک می‌شود. این پدیده که به اثر ریبلت (Riblet effect) معروف است.
Fastskin که در آزمایشگاه شرکت Speedo در انگلستان طراحی شد از همکاری تیمی از دانشمندان علوم زیستی، بیومکانیست، مربی شنا، یک شرکت نساجی ژاپنی، شرکت کامپیوتری تولید‌کننده نرم‌افزار شبیه‌ساز و یک متخصص کوسه از موزه‌ی علوم طبیعی لندن و همچنین تعدادی از شناگران برجسته‌ی جهانی برای آزمایش نمونه‌های ابتدایی بهره جسته است.
حاصل این تحقیق سرانجام در المپیک سال 2000 سیدنی به بازار عرضه شد و پس از آن در سال 2004 و 2008 نیز مدل‌های کامل‌‌تر آن توسط شناگران المپیک مورد استفاده قرار گرفت.
در طراحی fastskin، از الیاف فوق کشسان نایلن، الاستان و فیبر‌های پُلی‌استر استفاده شده تا فرم دنتیکل‌های پوست کوسه و هم فرم V-شکل را در لبه‌های لباس تامین کند. این طراحی با ایجاد جریان‌های گردابی بزرگ در خلاف جهت جریان‌های کوچکی که در لبه‌های لباس شکل می‌گیرد، باعث مکش لایه‌ی آب در اطراف بدن می‌شود و اجازه می‌دهد تا آب مجاور به‌طور موثرتری عبور کرده و موجب کاهش اصطکاک و کشش شناگر در آب می‌شود.
جزءِ الاستان در لباس، نگه‌داری فرم بدن را افزایش می‌دهد و کشش را کاهش می‌دهد. لباس همچنین باعث فشردگی عضلات و کاهش ارتعاش و جنبش پوست و عضله و کاهش خستگی و کاهش توان می‌شود.
شرکت Speedo با کمک تکنیک اسکن، تصویر دیجیتالی بدن تعدادی از شناگران المپیک را مورد بررسی قرار داد. در این روش از 8 نقطه از بدن تصویربرداری و نقشه ای سه بعدی از آن به‌دست آمد. این تصویربرداری در وضعیت‌های مختلفی انجام گرفت تا بهترین حالت از وضعیت‌های مختلف شنا به‌دست آید. به‌کمک متخصص بیو مکانیک، گروه‌های عضلات درگیر در شنا و بهترین وضعیت حرکت در آنها مورد بررسی قرار گرفت تا حداکثر کشش عضلات در لباس فراهم شود و بدن ورزشکار به بهترین حالت در لباس قرار گیرد.

پوست کوسه با آن‌چه ما از قوانین کلاسیک دینامیک می‌دانیم مغایرت دارد. بر‌اساس این قوانین فیزیکی، سطوح زبر اصطکاک را افزایش می‌دهند در‌حالی‌که ما در پوست کوسه با وجود دارا بودن زواید دندانی دنتیکل (denticles) و در نتیجه حالت زبر، شاهد این پدیده‌ایم که در آب باعث کاهش اصطکاک و کشش و حرکت سریع‌تر کوسه می‌شود.

وجود ساختارهای میکروسکوپی دندانه‌دار (riblets) در حقیقت کلید کشف این معماست. با بررسی‌های تئوری و عملی بر روی این ساختارها، محققان دریافته‌اند که این دندانه‌ها به‌صورت سدی در برابر جریان‌های آشفته‌ی (طولی و عرضی) آب عمل کرده و با عبور جریان‌ها از میان شیار و گودی‌هایی که این دندانه‌های تیغه‌ای شکل به‌وجود آورده‌اند به جریان آب بر سطح پوست سرعت می‌دهد. این پدیده در قوانین دینامیک سیالات به‌طور گسترده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

شکل 1: تصويري از لباس شناي طراحي شده با فناوري جديد

در نمودار زیر عوامل موثر در کاهش اصطکاک و کشش مورد بررسی قرار گرفته است.

شکل 2: فلس‌های بدن کوسه‌ی سفید (white shark)

شکل 3: «بالا» جریان های طولی (Longitudinal) و عرضی (cross) در یک سطح دندانه‌دار (ribbed surface) - «پایین» نمایش کاهش کشش سطح در اشکال مختلف تیغه‌ها

بر اساس این نمودار میزان کاهش اصطکاک و کشش آب در سطح به عواملی نظیر ارتفاع تیغه‌ها (h) و فاصله‌ی تیغه‌ها از هم (s) بستگی دارد.
در این نمودار، چهار منحنی مشاهده می‌شود که به‌ترتیب زائده‌ها V-شکل با زاویه‌ی α=0° , α=30° , α=45° , α=60° را مورد بررسی قرار داده است. عدد منفی بیان‌گر کاهش فرایند کشش و اصطکاک و در نتیجه کارایی بهتر است.

منبع : http://roshd.ir

كوسه و فناوري قرن بيست‌ويكم

مطالب مشابه :

مایو شنا

همه چیز درباره شـــــــــــنـا

آموزش شنا

جستجو و نجات در سيلاب ......

شنا- شیرجه- واترپلو و نجات غریق

مقدمات جستجو و نجات در سیلاب

كوسه و فناوري قرن بيست‌ويكم

انواع شنا

شنای بانوان