نانو در مهندسی ورزش

مروری بر کاربردهای فناوری نانو در مهندسی ورزش (1)

چکیده:

فناوری نانو در عرضه ورزش رشد چشم گیری داشته است. کاربردهای فناوری نانو در ورزش را می توان در بخش های وسایل، پوشش ها، تجهیزات و پزشکی در ورزش ارئه نمود.

در بخش وسایل، اطلاعاتی در خصوص چوب و توپ گلف، واکس اسکی، توپ و راکت تنیس و دوچرخه وجود دارد. در بخش پوشش ها کاربردهای فناوری نانو در کفش و کفی ورزشی، لباس شنا، پارچه ضد بو و ضد میکروب و عینک شنا ارائه شده است. قسمت تجهیزات، بخش های کف پوش ورزشی، استفاده از فناوری نانو برای افزایش ذخیره ی آب در خاک و خودروی مسابقه ای را در بر می گیرد و قسمت پزشکی در ورزش بخش های تاندون مصنوعی و محافظت پوست را شامل می شود.

مقدمه:

افزایش تقاضا در ورزش برای تجهیزات کامل ورزشی، ضرورت سرمایه گذاری در این بخش را در سال های گذشته آشکار ساخته است. در دنیای ورزش رقابتی کوچکترین تغییر در تجهیزات می تواند تغییرات چشم گیری در شکست و پیروزی ها ایجاد نماید. در همین خصوص به علت تأثیرات بسیاری که فناوری نانو در بهبود خواص مواد از خود بروز داده است، بسیاری از سازندگان لوازم ورزشی مطرح جهان برای بهره گیری از فناوری نانو در تولیدات خود، سرمایه گذاری کلانی کرده اند. به طوری که مجموع تولیدات سالانه نانولوله های کربنی، که تنها یکی از نانو مواد مهم با کاربردهای ورزشی بسیار چشم گیر است، طی سال های گذشته بسیار افزایش داشته است.

ارزش بازار این مواد در سال 2007 بیش از 100 میلیون دلار بود که انتظار می رود سرعت رشد این بازار همچنان تداوم داشته باشد. تولید کنندگان قصد دارند ظرفیت واحدهای تولیدی خود را تا سال 2012 به هزاران تن افزایش دهند. این ارقام بیانگر دامنه و فرصت های این بازار است. در حال حاضر کاربردهای ورزشی، 14 درصد مصرف کل نانولوله های کربنی را به خود اختصاص می دهند، که انتظار می رود این رقم افزایش یابد. برای آگاهی از تأثیر فناوری نانو در وسایل ورزشی، تحقیقات بسیاری صورت گرفته است. بر این اساس فناوری نانو، به عنوان یکی از نیازهای امروز جامعه ورزش مطرح می شود از این رو آگاهی از دستاوردهای فناوری نانو در دهه های اخیر برای مهندسان ورزش ضروری است و اهمیت جمع آوری آخرین یافته های پژوهشی و ابتکارات و ابداعات و محصولات در زمینه فناوری نانو در ورزش حرفه ای در جهان بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد.

با توجه به حجم زیاد کاربردهای فناوری نانو در ورزش و به منظور ایجاد انسجام و نظم، این مطالب، در چهار بخش وسایل، پوشش ها، تجهیزات و پزشکی در ورزش ارائه شده است. این تقسیم بندی بر اساس اهمیت موضوع و حجم مطالب هر یک از حیطه ها مشخص شده است. البته می توان تقسیم بندی دیگری را نیز بر اساس ویژگی ساخت آنها ارائه نمود.

1- وسایل

تمام وسایلی که با فناوری نانو تولید شده اند با هدف بهبود عملکرد ورزشکاران و جلوگیری از آسیب های احتمالی آنها بوده است، که در برگیرنده وسایل زیر است.

1-1- چوب و توپ گلف

شرکت مارومان واقع در توکیو، از فولرین های شرکت مواد شیمیایی هانجو برای ساخت انتهای چوب گلف استفاده کرده است. مواد جدید فولرین تیتانیوم در ساخت انتهای چوب گلف مدل نیو مجستی به کار رفته است. چوب جدید در مقایسه با تیتانیوم معمولی به میزان 12 درصد بیشتر در مقابل خمیدگی مقاومت می کند. سختی آن 36 درصد بهتر است و سر آن به میزان 20درصد آلاستیسیته ی بیشتری از خود نشان می دهد و مسافت پرواز توپ به میزان 15 یارد افزایش یافته است.

شرکت نانو دینامیک واقع در نیویورک محصول مکمل خوبی برای این چوب تولید کرده است. این شرکت توپ گلفی را که می تواند مسیر پرواز خود را اصلاح نماید، معرفی کرده است؛ بدین معنا که نسبت به توپ های معمولی مستقیم تر حرکت می کند.

این توپ در هوا تغییر جهت 45 درجه ای نمی دهد، طراحی توپ و نانو مواد مجهول به کار رفته در آن، انرژی دریافتی از سرچوب گلف را بهتر جهت دهی کرده و بنابراین از تلوتلو خوردن و انحراف توپ جلوگیری می کند. این دو محصول در رده بندی 10 محصول برتر فناوری نانو جهان در سال 2004 میلادی جای داشته اند.

1-2- دوچرخه

تور سال 2005 فرانسه شاهد دوچرخه سوارانی از تیم فوناک بود که از دوچرخه هایی با بدنه حاوی نانولوله های کربنی استفاده می کردند. کارخانه سوئیسی ب. م. سی، تولید کننده این دوچرخه ها ادعا می کند، این محصول با نام پرو ماشین کمتر از یک کیلو گرم وزن داشته و از استحکام و سختی عالی برخوردار است.

برای ساخت این رزین بهبود یافته، الیاف کربنی را در ماده رزینی که به وسیله نانولوله های کربنی تقویت شده است، وارد می کنند. این کار استحکام و سختی را در فضاهای مابین فیبرهای کربنی افزایش می دهد. سطح نانولوله ها به نحوی تغییر داده شده است که پخش  آنها در مواد دیگر ساده تر صورت گیرد. این دوچرخه تنها یک بخش آلیاژی دارد که زه قلاب پایینی است. ساختار این بدنه به وسیله ی قالب گیری تولید می شود که پس از تولید نیاز به ماشین کاری ندارد، این امر از آسیب دیدن الیاف کربنی جلوگیری می کند.

1-3- راکت و توپ تنیس

شرکت بابولات یک خط از راکت های تنیس ساخته شده با فناوری نانو را در بولدر ایجاد نموده است. این شرکت با استفاده از فناوری نانو، توانسته است مقاومت راکت ها را افزایش دهد. شرکت بابولات فرانسوی، با اعمال نفوذ کربن در ابعاد نانو و به کارگیری نانولوله های کربنی این راکت ها را تولید نموده است. این راکت ها را معمولا با الیافی، مشتق شده از گرافیت و کربن تولید می کنند.

این شرکت ترکیبی از نانولوله های کربنی با الیاف کربن منظم به منظور تولید راکت های مستحکم تولید کرده است. این ترکیب پنج بار مستحکم تر و منظم تر از کربن در حالت عادی است. در حالی که خم شدن قاب در زمان ضربه، باعث کند شدن سرعت توپ در راکت های معمولی مشاهده می شود، این راکت ها به خاطر وجود زه مقاوم، عکس العمل خوبی در زمان ضربه از خود نشان می دهند. در اثر وجود تثبیت کننده هایی در دو طرف مرکز این راکت ها، مقاومت در برابر تنش افزایش پیدا کرده است. مقاومت در برابر تنش در این راکت ها 50 درصد بیش از راکت هایی با کربن استاندارد است. این مدل دارای تثبیت کننده دیگری نیز هست که تنش را از بالای دسته به وسط قاب در هر طرف از راکت انتقال می دهد که باعث کاهش خمش عمودی و چرخش قاب راکت در زمان ضربه زدن به توپ می شود.

مکمل راکت تنیس، توپ آن است. شرکت ویلسون توپی تولید کرده است که دارای دو هسته است. پوشش های ما بین آن از هوا مستحکم شده است و این روش مانعی برای حفظ فشار است. لایه هایی از خاک رس به همراه یک پلیمر مایع به توپ اضافه می شود که خطوط داخل توپ را ایجاد می کند، صفحات خاک رس با یکدیگر در روش موازی هم پوشانی می شوند. از آنجا که چندین لایه روی هم قرار می گیرند، هر یک از صفحات باید هوا را از طریق لایه های دیگر به داخل کیسه وارد کنند، بنابراین هوا بهتر در داخل توپ باقی می ماند. پوشش نانو در دومین هسته داخل توپ تنیس است، که از طریق اسپری و یا غلتانیدن آن بر روی لاستیک به وجود می آید. پوسته روی هسته دوم از صفحات روی هم قرار گرفته ای از خاک رس تولید شده است. این صفحات حدود یک نانومتر ضخامت دارند. از مزایای این توپ ها نسبت به توپ های معمولی این است که دیرتر پرزدار می شوند. بیشترین زمان برای استفاده از توپ های معمولی یک و نیم جلسه است این در حالی است که بیشترین زمان توپ های دو هسته ای ویلسون 3 جلسه است. همچنین این توپ ها دارای ملاحظات زیست محیطی نیز هستند.

1- 4- واکس اسکی

تیم ملی اسکی کانادا از این واکس استفاده نموده است و به زودی هر اسکی بازی می تواند از آن استفاده کند. کراکس نانو واکس یکی از اولین محصولات جهانی که با استفاده از فناوری نانو شیمیایی، پوشش هوشمندی با خواص چند عملکردی ایجاد می نماید. این واکس به وسیله ی شرکت آلمانی نانوگیت تولید شده است، که سطح بسیار لغزنده و سختی را ایجاد می نماید.

این پوشش هوشمند یا کاهش دما بسیار مستحکم می شود و با کریستال های برف و پوست، سازگاری بسیار خوبی دارد. محصولات نانو واکس با فرمول های مختلفی برای انواع ورزش های زمستانی که در شرایط مختلف انجام می شوند تولد شده اند.

این محصول نیز در رده بندی 10 محصول برتر فناوری نانو در سال 2004 قرار داشت.

ادامه دارد...

برگرفته از ماهنامه فناوری نانو

تنظیم برای تبیان: فاطمه مجدآبادی