Ako elektronski tekstil (e-tekstil) treba da ima održivu budućnost i na velikom nivou, onda je potrebna tranzicija da bi se otključao inovativni nosivi e-tekstil koji odgovara održivoj kružnoj ekonomiji – usvajajući ono što je nazvano konceptom dizajna 4R: popravka; reciklaža; zamena; smanjenje.
E-tekstil se nosi blizu i/ili uz površinu kože, sa primenom u zdravstvu, igrama, atletskom treningu i nadgledanju životne sredine. Zahvaljujući ugrađenim elektronskim komponentama, e-tekstil može da skladišti i sakuplja energiju, oseća, prikazuje, pokreće i računa.
Ipak, postoje dva glavna izazova za budući rast e-tekstila: prvo, visoki troškovi, što dovodi do sporijeg usvajanja potrošača. Drugo, visoki ekološki troškovi povezani sa masovnom proizvodnjom, posebno zagađenje vode mikroplastikom. U osnovi, potrebni su nam novi načini da sprečimo da povećanje e-tekstila postane sledeći ekološki fijasko elektronskog otpada (e-otpada).
Ovo je prema timu inženjera i naučnika iz Ujedinjenog Kraljevstva, Kanade, SAD i Kine, na čelu sa Univerzitetom u Kembridžu, koji upozoravaju da bi lanac snabdevanja e-tekstilom i njegov potencijal za skalabilnu komercijalizaciju mogli biti „još komplikovaniji“ povezano globalno opterećenje životne sredine i sve veća upotreba nanomaterijala u e-tekstilu. Oni kažu da neki od ovih nanomaterijala mogu predstavljati izazove za životnu sredinu i takođe mogu imati štetne efekte na ljudsko zdravlje (npr. iritacija kože i/ili apsorpcija labavih nanočestica u kožu).
Pišući u časopisu Nature Materials, istraživački tim predlaže koncept dizajna e-tekstila 4R (popravka; recikliranje; zamena; smanjenje) zajedno sa inovacijama u odabiru materijala i preradi inspirisanoj biofabrikacijom—revolucionarni pristup koji koristi procese aditivne proizvodnje za proizvodnju biomaterijala, uređaja, ćelija i tkiva. Cilj je da se postigne održivi rast i izbalansira ekonomski prinos/skalabilna komercijalizacija sa „svešću o životnoj sredini“, u vreme kada potrošači aktivno usklađuju svoje ponašanje prilikom kupovine sa ciljevima održivosti.
Popravke na „nivou vlakana“, kao što su ponovno ušivanje, ponovno tkanje, ponovno pletenje i samozarastanje elektronskih vlakana, i masovne popravke „na nivou tkanine“, kao što su ponovno premazivanje, ponovno štampanje i ponovno nanošenje aktivnih materijala.
Na kraju, e-tekstilni materijali bi usvojili mehanizme samoizlečenja, što bi im dalo sposobnost da se samopopravljaju tokom vremena. Takođe, sa modularnim pristupom budućim dizajnima e-tekstila, takođe je moguće lako zameniti neispravne komponente i podmladiti elektronske funkcionalnosti sistema.
U bliskoj budućnosti, reciklaža se može podstaći kategorizacijom i odvajanjem komponenti e-tekstila na osnovni tekstil i elektronske module.
Osnovni tekstil se može reciklirati kao obična odeća, a elektronske komponente se recikliraju kao obični tokovi e-otpada.
Međutim, recikliranje e-tekstila postaje složenije kada tkanine sadrže, na primer, funkcionalizovana elektronska vlakna sa električnom provodljivošću i mogućnošću senzora. Ekstrakcija bi u većini slučajeva bila dugotrajna i skupa, kažu istraživači, tako da bi ponovna upotreba i prenamjena korišćenih funkcionalnih komponenti mogla biti održiva opcija.
Istraživački tim takođe napominje da dok vlakna biomase, kao što su ona izvučena iz vune, svile, celuloze, lana i konoplje, mogu da obezbede obnovljiv izvor za proizvodnju e-tekstila, to nije često moguće. Ovo je zbog činjenice da je potrebno primeniti nano- i mikrostrukturirane aktivne prevlake i funkcionalizovane strategije da bi se omogućile elektronske funkcije, koje bi inače nedostajale. Stoga, dizajn novih materijala koji koristi elemente bogate zemljom može ubrzati komercijalizaciju e-tekstila i učiniti ih isplativijim za prosečnog potrošača.
Pored toga, istraživački tim takođe poziva na alternativne opcije materijala dobijenih iz bioloških izvora za inkapsulaciju elektronskih vlakana kako bi se stvorile površine e-tekstila koje ne izazivaju iritaciju i kompatibilne su sa kožom. Trenutno su materijali uglavnom sintetički i nerazgradivi.
Ovo se, prema istraživačima, može tumačiti na dva načina:
„Trenutno je skalabilna komercijalizacija proizvoda od e-tekstila ograničena visokim cenama i nedostatkom raznovrsnosti, izdržljivosti i mogućnosti pranja“, rekla je vodeći autor profesor Šeri Huang sa odeljenja za inženjerstvo Kembridža. „Zbog toga se treba pozabaviti razmatranjem materijala u oblasti 4R (identifikovanim kao popravka; recikliranje; zamena; smanjenje) kako bi se obezbedila održiva budućnost za razvoj e-tekstila.
„Mašinsko pranje e-tekstila je do danas doprinelo povećanju zagađenja mikroplastikom u vodotoku. Izazov je da se ojača funkcionalna dugovečnost e-tekstila, uz minimiziranje broja oslobođenih mikročestica. Strategije za to uključuju. razdvajanje prolaznih komponenti/komponenti za jednokratnu upotrebu ili dizajniranje ‘suvog’ ili ‘baziranog na pari’ protokola za čišćenje koji troše manje vode“, rekao je ko-vodeći autor dr Harvi Ši sa Zapadnog univerziteta, Kanada.
Istraživački tim je predložio različite strategije održivog e-tekstila. Na primer, e-tekstil se može podeliti na komponente „platna“ i „modula“. „Platno“ se može prati u mašini i pruža najveći deo senzornog iskustva korisnika, dok su „moduli“ međusobno povezane komponente koje nose elektronske funkcionalnosti.
Istraživači kažu da bi „platno“ trebalo da bude dizajnirano da održi pouzdanost kao električno izolacioni i hemijski inertan medijum pod upornom upotrebom i povremenom rekonfiguracijom. U međuvremenu, „moduli“ mogu biti dizajnirani u različitim formatima koji se lako mogu ukloniti i zameniti, tako da se njihove elektronske funkcije mogu održavati za dugotrajnu upotrebu.
„Platno“ i „moduli“ se mogu sortirati prema tri preliminarne ocene životnog veka: kvazi-trajni, sa životnim vekom od približno godinu dana; višestruka upotreba, sa životnim vekom od nedelja do meseci; i za jednokratnu upotrebu.
Prema istraživačima, vremenski okvir za razvoj e-tekstila integrisanog u 4R može se podeliti na sledeće:
U bliskoj budućnosti—standardizacija platformi za e-tekstil za integraciju raznih elektronskih modula, što će dovesti do inovativnih tehnologija obrade i industrijske standardizacije koja će široj bazi potrošača doneti pristupačan e-tekstil.
Dalji razvoj uključuje: automatizovane procese montaže; baza podataka funkcionalnih formacija mastila za programere e-tekstila za upotrebu; i uspostavljanje standardizacije u razdvajanju komponenti na osnovu ocena dugovečnosti – potez koji takođe efikasno minimizira oslobađanje elektronskih mikro- ili nanočestica u vodeni tok.
Jifei Pan, dr. student u Biointerface Research Group na Kembridžu, rekao je: „Usvajanje ovog standardizacijskog pristupa u bliskoj budućnosti može omogućiti programerima da kreiraju prilagođeni niz unakrsno kompatibilnih funkcionalnih komponenti; ojačaju sigurnost korisnika i javne interese u personaliziranoj zdravstvenoj zaštiti i prilagođenim ne- tržište invazivne terapije (tj. sertifikacija proizvoda); i može dovesti do određenih protokola za čišćenje.“
U srednjem roku—koristeći strategije dizajna usmerene na korisnika i inovativne tehnologije obrade kako bi se javnosti ponudio širi spektar e-tekstila, onih koji su udobni za nošenje i koji se mogu personalizovati za korisnika.
„Ovo je tačka u kojoj se vlakna koja se samoizlečuju/samopopravljaju mogu postići molekularnim dizajnom i bez potrebe za ljudskom intervencijom“, rekao je dr Ši. „Ovo bi efektivno stvorilo ekosistem e-tekstila koji se može popraviti, u kojem se proizvod može lako rastaviti i obnoviti bez povećanja opterećenja životne sredine.“
Dugoročno – održivi i „živi“ e-tekstili se mogu realizovati, kao što je projektovana robotska koža. Biohibridi, tehnologije vlakana na zahtev i biofabrikacije omogućiće ovim e-tekstilima da se samo čiste (čime se minimiziraju zahtevi za mašinsko pranje ili čišćenje na bazi rastvarača), samopopravljaju i budu sposobni za samoregeneraciju u budućnosti.
„Ukratko, put ka ‘zelenoj’, biohibridnoj i kružnoj proizvodnji zahteva spajanje naših 4R koncepata sa funkcionalnom proizvodnjom vlakana/proizvodnjom digitalnih aditiva i biofabrikacijom kako bi se proizveli veoma prilagodljivi dizajni e-tekstila,“ rekao je profesor Tavfikue Hasan sa Kembridža.
Profesor Huang je dodao: „Dok se krećemo ka budućoj održivoj proizvodnji e-tekstila, moglo bi doći do promene paradigme sa centralizovane strategije masovne proizvodnje sa jednim glavnim postrojenjem na rasprostranjeniju aditivnu proizvodnju/platformu za 3D štampanje – na kraju kreiranje i popravku e-tekstila na sajtu.“
