نانوفناوری و ورزش

چکیده
فناوری نانو در عرصه تولید لوازم کارآمدتر در عرصه ورزش رشد چشمگیری داشته است. شرکت‌های تولیدکننده وسایل ورزشی از نانو فناوری برای افزایش کیفیت محصولاتشان استفاده کرده‌اند. آن‌ها با استفاده از این فناوری کیفیت وسایلی چون چوب و توپ گلف، راکت تنیس و دوچرخه‌های مسابقه و لباس‌های ورزشی را ارتقا داده‌اند. با توجه به بازار خوب این عرصه شرکت‌های دانش‌بنیان ایرانی نیز در این عرصه حضور یافته‌اند.
تعداد کلمات 1502 زمان مطالعه 8دقیقه

نویسنده: رضیه برجیان

مقدمه

افزایش تقاضا در ورزش برای تجهیزات کامل ورزشی، ضرورت سرمایه‌گذاری در این بخش را آشکار ساخته است. در دنیای ورزش قهرمانی کوچک‌ترین تغییر در تجهیزات می‌تواند تغییرات چشمگیری در شکست و پیروزی ایجاد نماید. ارزش بازار جهانی لوازم ورزشی در سال 2011 میلادی حدود 64.9 میلیارد دلار بوده است.
به علت تأثیر بسیاری که فناوری نانو می‌تواند در بهبود خواص مواد ایفا کند، بسیاری از سازندگان لوازم ورزشی مطرح در جهان برای بهره‌گیری از فناوری نانو در تولیدات خود، سرمایه‌گذاری کلانی کرده‌اند. کاربردهای ورزشی بیش از 14 درصد از صرف کل نانولوله‌های کربنی را به خود اختصاص می‌دهند. دو ویژگی سبکی و استحکام بالا علت استفاده روزافزون از نانولوله‌های کربنی در مصارف ورزشی است. سبکی تجهیزات می‌تواند سرعت ورزشکار را بدون صرف انرژی بیشتر بالا ببرد. همین‌طور در عرصه لباس‌های ورزشی نیز فناوری نانو توانسته به کمک ورزشکاران بیاید.
با توجه به حجم زیاد کاربردهای فناوری نانو در این مقاله تنها به برخی از موارد اشاره خواهیم کرد. می‌توان استفاده از این فناوری را در مهندسی ورزش به دو دسته ارتقای کیفیت وسایل و بهبود خواص لباس‌های ورزشی تقسیم کرد

وسایل و تجهیزات ورزشی

وسایلی که با فناوری نانو تولیدشده‌اند با هدف بهبود عملکرد ورزشکاران و جلوگیری از آسیب‌های احتمالی آن‌ها بوده است. برخی از این وسایل عبارت‌اند از:

چوب و توپ گلف

استفاده از ترکیب فولرین با تیتانیوم در ساخت انتهای چوب گلف باعث مقاومت بیشتر آن می‌شود. چوب جدید در مقایسه با تیتانیوم معمولی 12 درصد بیشتر در مقابل خمیدگی مقاومت می‌کند و الاستیسیته آن 20 درصد بیشتر است. در نتیجه مسافت پرواز توپ 15 یارد افزایش می‌یابد. فولورین یک ساختار کربنی است که استحکام بیشتری نسبت به گرافیت (که یک ساختار رایج کربنی است) دارد. این توپ‌ها می‌توانند هدف‌های دورتر را برای ورزشکار آسان‌تر کنند.
شرکت نانودینامیک توپ گلفی را طراحی کرده است که نسبت به توپ‌های معمولی مستقیم‌تر حرکت می‌کند(صلب‌تر است). این توپ‌ها می‌توانند هدف‌های دورتر را برای ورزشکار آسان‌تر کنند.

دوچرخه

دوچرخه‌هایی که در بدنه آن‌ها نانولوله‌های کربنی به‌کاررفته است خیلی سبک‌تر از دوچرخه‌های معمولی هستند؛ اما با همان استحکام و این یعنی سرعت بیشتر برای دوچرخه‌سواران بدون صرف انرژی بیشتر.

راکت تنیس

راکت‌های مسابقات تنیس را معمولاً با الیافی مشتق شده از گرافیت و کربن تولید می‌کنند. یک شرکت فرانسوی با استفاده از نانولوله‌های کربنی در ساخت راکت توانست راکت‌های 5 برابر مستحکم‌تر تولید کند. مقاومت در برابر تنش در این راکت‌ها 50 درصد بیشتر از راکت‌های معمولی است.

واکس اسکی

واکس اسکی می‌تواند سطح بسیار لغزنده و سختی را ایجاد نماید. این واکس کمک خوبی برای اسکی‌بازان حرفه‌ای است. این واکس با استفاده از فناوری نانو پوشش هوشمندی با خواص چند عملکردی ایجاد می‌کند.

پوشش‌ها

فناوری نانو در عرصه پوشش ورزشکاران رشد خوبی داشته است. این لوازم پوششی برای ورزشکاران بسیار ایدئال است و از آسیب‌های احتمالی ورزشکاران جلوگیری می‌کند. این لوازم بسیار سبک و مقاوم هستند. در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

کفش و کفی ورزشی

ازآنجاکه نانولوله‌های کربنی می‌توانند مانند نی به‌راحتی خم شوند بدون اینکه آسیب ببینند، استفاده از نانولوله‌های کربنی این امکان را می‌دهد که انعطاف‌پذیری کفش را بدون افزایش قطعات استفاده‌شده در آن افزایش دهیم. همین‌طور هم صفحات تشکیل‌شده از نانولوله‌های کربنی نازک‌تر، سبک‌تر اما محکم‌تر و یکپارچه‌تر هستند؛ درنتیجه ایمنی کفش افزایش می‌یابد. با کاهش لایه‌هایی که در کفش استفاده می‌شود فاصله پا با زمین کاهش می‌یابد. هرچه فاصله کف پا با زمین کمتر باشد احتمال پیچ‌خوردگی مچ پاها کمتر می‌شود. همین‌طور نیز با استفاده از پوشش نانومتری پلاسمایی در روی کفش‌ها توانسته‌اند خاصیت ضد آب و ضد لکه به آن‌ها ببخشند. استفاده از لایه‌های عایق آئروژل سبک در کف کفش هم امکان تولید کفش‌های گرم و سبک را فراهم می‌سازد.
محققان کشورمان کفی کفشی را با استفاده از فناوری نانو تولید کرده‌اند. این کفی تخصصی برای رشته‌های بسکتبال، تنیس و دومیدانی با طراحی منحصربه‌فرد به کار می‌رود و در جهت افزایش قابلیت ورزشکاران، کاهش صدمات ورزشی ناشی از ضربات و اصلاح کفش‌های غیراستاندارد تولیدشده است. این کفی قابلیت جذب ضربه، جلوگیری از لغزش و اصلاح نحوه حرکت را دارد و ازآنجاکه کفی میانی اصلی‌ترین قسمت کفش‌های ورزشی است، ضربه‌های واردشده را گرفته و انرژی ناشی از آن را جذب می‌کند
محققان کشورمان کفی کفشی را با استفاده از فناوری نانو تولید کرده‌اند. این کفی تخصصی برای رشته‌های بسکتبال، تنیس و دومیدانی با طراحی منحصربه‌فرد به کار می‌رود و در جهت افزایش قابلیت ورزشکاران، کاهش صدمات ورزشی ناشی از ضربات و اصلاح کفش‌های غیراستاندارد تولیدشده است. و بدین روش مانع آسیب کف و مچ پا می‌شود. این کفی با استفاده از نانوفیلرهای به‌دست‌آمده از سنتز خاک رس طراحی شده است. این کفی‌ها تا 70% ضربات وارده به پا و زانو را کاهش می‌دهد.

لباس و عینک شنا

از دو فناوری برای بهبود و راحتی شناگران در لباس شنا استفاده شده است. در یکی از این نوآوری‌ها سرعت فرآیند خشک شدن به‌وسیله فناوری نانو در پارچه لباس شنا افزایش می‌یابد. در روند تولید این پارچه از نوارهای توری نامرئی در اطراف سطح الیاف پارچه استفاده می‌شود. این توری که در ابعاد نانو تهیه‌شده است. به‌طور مستقیم با الیاف پارچه پیوند شیمیایی برقرار می‌کند و باعث آب‌گریزی سطح پارچه می‌شود. آب‌گریزی باعث آسان‌تر تمیز شدن لباس شنا و مقاومت در برابر نفوذ آب در پارچه می‌شود.

در نوآوری دیگر با استفاده از پلی اورتان خاصیت شناوری لباس شنا افزایش‌یافته و کشیدگی آن کاهش‌یافته است.

پوششی از نانوذرات سیلیکات که با استفاده از روش لایه به لایه بر روی سطح عینک شنا قرار گرفته است، می‌تواند باعث شود که قطرات کوچک آب به‌جای آنکه به هم متصل و تبدیل به قطرات بزرگ آب شوند، به‌صورت ورقه‌های نازک یکسانی پخش شوند. تخلخل نانو ذرات سیلیکات باعث می‌شود هنگامی‌که شناگر برای نفس‌گیری سرش را از زیر آب خارج می‌کند آب روی عینک به‌صورت قطره‌قطره درنیاید و باعث شکست نور و تاری دید شناگر نشود.

شلوار ورزشی

شرکت دانش‌بنیان ایرانی اقدام به تولید شلوارهای ورزشی با استفاده از فناوری نانو نموده است. این شرکت از نانوذرات نقره که خاصیت آنتی باکتریال دارند در تولید این شلوارها بهره برده است. تعریق بدن در طول ورزش محیطی مناسب را برای فعالیت و تکثیر باکتری‌های موجود در سطح پوست فراهم می‌کند. افزایش این باکتری‌ها می‌تواند باعث مشکلاتی چون خارش‌های پوستی و بوی بد بدن گردد. استفاده از نانوذرات نقره که باکتری‌ها را از بین می‌برد می‌تواند در رفع چنین مشکلاتی مؤثر باشد. البته چون از نقره در ابعاد نانو در تولید این شلوارها استفاده شده است، قیمت تولید این شلوارها نسبت به شلوارهای معمولی زیاد افزایش نیافته است.

گرمکن برای کوهنوردان و اسکی‌بازان

در حال حاضر به‌منظور عایق‌بندی گرمایی پوشاک از روش حبس هوا در میان لایه‌های عایق استفاده می‌شود که با توجه به رسانش گرمایی اندک هوا، هدف حفظ حرارت فرد در لباس فراهم می‌شود. معمولاً به استفاده از لایه ضخیمی از الیاف یا لایه‌های متعددی نیاز است تا با قرارگیری در کنار یکدیگر حجم بسزایی از هوا را حبس نموده و عایق‌بندی حرارتی مناسبی فراهم نمایند. آیروژل ها یکی از بهترین عایق‌های نوین به شمار می‌روند. آیروژل ها سبک‌ترین ساختار شناخته‌شده در جهان هستند که با داشتن منافذ بی‌شمار ساختاری از توان حبس حجم قابل‌توجهی از هوا را دارند. هرچند استفاده از آیروژل ها به تنهایی به دلیل شکنندگی زیاد، عدم انعطاف‌پذیری مشکلاتی دارد؛ اما ترکیب این مواد با الیاف بخش زیادی از مشکلات عدم انعطاف و خروج ذرات را برطرف ساخته است. کامپوزیت‌های الیاف/ آئروژل را می‌توان به‌صورت تک‌مرحله‌ای تولید کرد. در مقایسه کاپشن تهیه‌شده از پر با ضخامت ۴۰ میلی‌متر، کاپشن با عایق آئروژل را می توان با ضخامت ۳ میلی‌متر تهیه کرد.

ساق بند

نمو نه ای از کاربردهای فناوری نانو در منسوجات ورزشی ، تولید ساق بندهای پلاستیکی نانوساختار برای ورزشکاران است. این ساق بندها با وجود نازکی و وزن کم، مقاومت کششی خوبی دارند و می توانند از ساق پای ورزشکاران در برابر ضربه محافظت کنند.

در پایان...

بهبود خواص مطلوب لوازم و وسایل ورزشی یکی از دغدغه‌های تولیدکنندگان آن است. نانوفناوری می‌تواند در این عرصه تأثیر بسزایی داشته باشد بنابراین شاهدیم که استفاده از فناوری نانو در عرصه تولید وسایل و لوازم ورزشی روزبه‌روز توسعه می‌یابد.
از تنوع محصولات تولیدشده در حوزه فناوری نانو در مهندسی لوازم و وسایل ورزشی می‌توان به این نتیجه رسید که روند تولیدات از الگوی خاصی پیروی نمی‌کند و تولیدات مبتنی بر یک سیاست‌گذاری کلان صورت نگرفته است.
با توجه به بازار روزافزون محصولات ورزشی در جهان و نبود تمرکز تولید وسایل و لوازم ورزشی با استفاده از فناوری نانو امکان حضور تولیدکنندگان لوازم ورزشی کشورمان در این عرصه فراهم است.
با نگاهی به کارهای انجام‌شده در این عرصه می‌توان پی برد برخلاف برخی از عرصه‌های فناوری نانو مانند نانوداروها، استفاده از فناوری نانو در بهبود وسایل و لوازم ورزشی نیاز به سرمایه‌گذاری کمتر و تجهیزات تخصصی کمتری دارد. تنوع کاربردهای نانوذرات و نانوالیاف شناخته شده در بهبود خواص وسایل و لوازم ورزشی یکی از مزایای این عرصه است.

منبع:
1.nanoproduct.ir
2.isna.ir
3. مقاله "مروری بر کاربردهای فناوری نانو در مهندسی ورزش" ، علیرضا کاشف، سید امیر انوار، ماهنامه فناوری نانو، مرداد 89.
4. nanotexnet.ir
5.مقدمه ای برنانو تکنولوژی، پوول،چارلز و جی. اون،فرانک؛ موسسه انتشارات یزد،1385.