Akıllı tekstiller, geleneksel tekstil endüstrisi ile elektronik ve bilgi teknolojilerinin birleşimidir. Giyim eşyaları akıllı tekstiller ile sadece vücudu sarmakla kalmıyor, aynı zamanda kişisel sağlık izleme, iletişim, eğlence ve hatta güvenlik gibi birçok işlevi yerine getirebiliyor. İnsanların giysileriyle etkileşiminde devrim yaratabilecek yenilikçi ürünler geliştirme fırsatları sunan sektörde yeni bir alandır.
GİRİŞ
Akıllı tekstillere giyilebilir e-tekstiller ya da giyilebilir elektronik tekstillerde denilmektedir. Giyilebilir e-tekstiller insanların giysiyle olan ilişkisini kökten değiştirme potansiyeli vardır. İnsanların günlük yaşamını daha akıllı, konforlu, verimli ve işlevsel hale getirecek bir çok yenilikçi ürünler geliştirme fırsatları sunmaktadır. Kullanıcıların kişisel tercihlerine ve ihtiyaçlarına göre özelleştirilebilir, böylece her bireyin benzersiz bir deneyim yaşamasına olanak tanır. Ayrıca, sürekli olarak gelişen teknolojiyle birlikte, giyilebilir e-tekstillerin işlevselliği ve kullanım alanları giderek genişlemektedir.
Akıllı Tekstiller Nedir?
Normal giysilerin koruma ve moda özelliklerine ilaveten, herhangi bir çevresel etkiyi veya durum değişikliğini algılama ve buna tepki verme özelliğine sahip tekstil ürünlerine akıllı tekstiller denilmektedir. Bu durum/etki değişikliği olarak ısı, ışık, elektromanyetik dalgalar, ses vb. örnekler verilebilir. Isıtma, soğutma veya renk değiştirme gibi özelliklere sahip giysiler, bu teknolojilerin günlük hayatta nasıl kullanılabileceğine dair örnekler olarak gösterilebilir. Giyilebilir e-tekstiller, tekstil bilimi, malzeme, mekanik, elektronik ve bilgisayar mühendisliği gibi disiplinler arası uzmanlık gerektiren yeni bir çalışma alanıdır. Endüstri 4.0 devrimine dahil olur ve Nesnelerin İnterneti (IoT) için önemli görevleri bulunmaktadır.
Giysilerin akıllı tekstil olarak değerlendirilmesi için 6 temel bileşenleri bulunmaktadır. Herhangi bir etken olduğunda bu bileşenler harekete geçer ve tepki verirler.
- Algılayıcılar (sensörler),
- Bilgileri kaydeden bilgi işleme,
- Algıyı harekete geçiren sistemler (aktivatörler),
- Depolama sistemi,
- İletişim bileşenleri (bağlantı kurma, ara bağlantı)’dir.
Sensörler, çeşitli fiziksel miktarları algılayarak, ölçer ve saklar; bu değerleri analiz edilebilir bir sinyale dönüştürerek kullanıcılara bilgi sağlarlar. Ölçülen miktarlar, sıcaklık, nem, pH, titreşim, radyasyon, kuvvet, basınç, ışık yoğunluğu gibi çeşitli şekillerde olabilir. Sensör, çoğunlukla elektrik sinyali şeklinde bilgi sağlayan cihaz olarak tanımlanmaktadır. Sensörler, akıllı tekstiller alanının önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Algılama işlemini sensörler gerçekleştirir.
Akıllı Tekstillerin Sınıflandırılması
Akıllı tekstiller 3 kategoriye ayrılır:
- Pasif akıllı tekstiller
- Aktif akıllı tekstiller
- Ultra akıllı tekstiller veya çok akıllı tekstiller
Üç kategori de dış koşulları algılayabilmektedir. Aktif ve çok akıllı tekstiller hem dış koşulları algılama hem de koşullara tepki vermek özelliği bulunmaktadır. Çok akıllı tekstiller dış koşullara tepki verme özelliğinin yanında uyum sağlama özelliği de bulunmaktadır.
Pasif Akıllı Tekstiller
Pasif akıllı tekstiller birinci nesil akıllı tekstiller olarak da adlandırılırlar. Verilen görevi yerine getiren sistemlerdir. Dış uyaranlar hakkında bilgi toplama özelliğine sahiptir. Dış değişimlere tepki vermezler ve kullanıcıya uyum sağlama özellikleri yoktur. Örneğin kullanıcının kalp atış hızını izleyebilir özellikte bir giysidir. Fakat toplanan verilerle başka bir şey yapmazlar.
Transfer ve aktarıcı olarak 2 grupta değerlendirilirler.
- Transfer sistemi ile donatılmış nano ve mikro kapsüllü akıllı giysilerin yüzeyleri neme, basınca ve sıcağa maruz kaldığında amacına uygun bir şekilde belirli aktif maddeler yayarlar.
- Böcek ve sinek kovucu, vitaminli, güzel kokulu ve pozitif enerji veren vb. çok sayıda aktif maddeler yayabilirler.
- Aktarı sistemlerde lazer kodları ve radyo frekansına sahip minyatür elektronik depo araçları (RFID) kullanılır. Bu sayede giysin hakkında bilgi depo edilir. Hazır giyim sektöründe, kıyafetin üretim aşamaları, kullanılan kimyasallar, ve doğal elyaf ise elyafın hangi ülkenin tarlasından alındığı, kullanım talimatları gibi depolanmış bilgiler giysi kullanıcısına sunulur.
Aktif Akıllı Tekstiller
Aktif akıllı tekstiller, pasif akıllı tekstillerin ilerisine giderek çevrelerinde olup bitenleri algılayabilen ve tepki verebilen giysilerdir. Dış uyaranları sensörler ile algılayıp, aktivatörlerle tepki verirler. Örneğin, giysi kullanıcısının kalp atış hızını izleyen ve kalp atış hızı belirli bir seviyeye ulaştığında bip sesi veya titreyen bir giysi olabilir.
- İlk akıllı tekstiller, astronotları aşırı soğuk ve aşırı sıcak atmosfer koşullarından koruyacak eldiven ve uzay giysileri olarak kullanılmıştır.
- Günümüzde çeşitli spor giysilerinde de kullanılmaktadır.
- Isıya duyarlı şekil hafızalı ürünlerde ısıyı algıladığında önceden öğretilmiş şekle dönüşürler.
- Piezo-direnç prensibiyle çalışan giysiler elektriksel uyarını algılarlar ve maddesel bir değişimle tepki verirler.
Çok Akıllı Tekstiller
Çok akıllı tekstiller algılama, tepki verme özelliklerinin yanı sıra uyarlama özelliğine de sahiptir. Minyatür elektronik cihazlarda sensör ve aktivatör fonksiyonlarıyla birlikte dış uyarına karşı kullanıcının uyum sağlamasını sağlayan giysilerdir. Örnek olarak kalp atışının belirli bir seviyenin üzerine çıkıldığında uyarı verip, çok özel durumlarda kalp masajı yapabilen giysiler olabileceğini hayal edebilirsiniz.
- Bu grupta elektronik parçalar, cep telefonları, mikrofonlar, video kameralar ve uydu izleme sistemleri giysilere entegre edilebilir.
- Kişi çok akıllı giysi sayesinde hayati değişkenleri 24 saat boyunca izlenebilir ve askeri veya sağlık kuruluşlarına acil bir durum olduğunda kablosuz iletişimle bildirilebilir.
Akıllı Tekstil Uygulamaları ve Üretilmesi
Akıllı giysilerin, temel ihtiyaçlarımızı aşan şekilde değişen gereksinimlere adapte olabilecek ve yapay zeka ile deneyimsel öğrenme yeteneğine sahip olması öngörülmektedir. Koku alma, görsel, işitsel veya dokunsal olmak üzere insanın temel duyu sistemleriyle dinamik bir etkileşim kurarak uyaranlara yanıtlar dönüştürebilir.
Akıllı tekstiller:
- Güvenlik,
- Tıp,
- Koruma,
- Taşıma,
- İletişim,
- Spor,
- Gıda ve tarım teknolojileri,
- Enerji hasatı ve enerji depolama,
- Robotik, sensör ve yapay zeka uygulamaları,
- Moda vb. çok çeşitli alanda kullanılmaktadır.
Akıllı Tekstiller Uygulama Örnekleri
Giyimden yatak çarşaflarına ve endüstriyel kumaşlara kadar çok geniş bir yelpazeye sahiptir. Teknolojinin de ilerlemesiyle araştırma alanları genişlemekte ve yeni ürünler duyurulmaktadır. Bu kadar cazip ve önünün açık olmasının en büyük özellikleri giysiler herkes tarafından giyilir, vücudun büyük bir bölümünü kaplar ve cilt temasına uygundur.
Uygulama örnekleri:
- Polisler, itfaiyeciler, havaalanı hizmetleri ve kamu güvenliği için iletişimi sağlayan giysiler kullanılabilir.
- Evlerde akıllı özelliklere sahip iç dekorasyon tekstilleri (akıllı perdeler, akıllı sandalyeler ve mobilyalar vb.) yaşam standartlarınızı arttırabilir.
- Otomobiller de konfor ve performansı attıran ve eğlenceli seçenekler sunan akıllı tekstil uygulamaları bulunmaktadır.
- Tıp alanında, kullanıcının kalp atış hızını düzenli olarak ölçen ve bir akıllı telefon uygulamasıyla eşleştiren bir gömlek ve küçük, hafif ve şık giyilebilir tıbbi cihazlar bulunmaktadır. Bu uygulamanın amacı, kandaki oksijeni otomatik olarak izlemek ve tıbbi ekibe uyarı göndermektir.
- Koşucular için hızına, duruşuna ve efor düzeyine göre doğru koşu formu hakkında ipucu verebilen şort ürünleri geliştirilmiştir.
- Çocukların güvenliği için GPS içeren çocuk sırt çantaları üretilmiştir.
- Kullanıcının durumuna, dış sıcaklığa, hava durumu veya mevsime göre rengi veya deseni değişen elbiseler tasarlanmıştır.
- Moda endüstrisinde tekstil aydınlatma sistemleri ile yeni trendler ortaya çıkmıştır.
- Motosikletçiler için motosiklet ceketlerine giyilebilir bilgisayar entegre etmişler ve ayrıca soğuk havalarda üşümemeleri için akıllı kıyafetler tasarlanmıştır.
- Hem fitness hem de tıbbı amaçlı akıllı ayakkabılar üretilmiştir.
- Isıtmalı battaniyeler, ceketler, spor giysileri, iç mekanlarda ısıtmaya yönelik elektronik tekstiller, arabalarda bölgesel ısıtma uygulamaları gibi çeşitli akıllı tekstil ısıtma uygulamaları bulunmaktadır.
- Elektromanyetik koruma, anti-statik koruyucu giysiler, antimikrobiyal tekstiller, darbeye dayanıklı koruyucu giysiler, maske uygulamaları, askeri giysiler gibi akıllı koruyucu tekstiller üretilmiştir.
- Animasyon sahne çekimlerinde hareket yakalama, AR/VR teknolojilerinde hareket yakalama, dokunsal duyu sensörlü özel kıyafetler gibi akıllı tekstillerin çok çeşitli kullanım alanı bulunmaktadır.
Akıllı Tekstillerin Üretim Yöntemleri
Textronics Türkçe kelime çevirisi olmayan bir akademik terimdir. 2000 yıllarının başında başlayan tekstil bilimi, elektronik ve bilgisayar biliminin bilgi birikimiyle sinerjik bağlantı oluşturulan yeni bir bilim dalıdır. Textronics, farklı alanlarda da kullanılan disiplinler arası bir tekstil bilimi dalıdır.
Textronics’in uygulama alanları:
- Akıllı tekstil malzemelerinin tasarımı ve üretimi,
- Tekstil materyallerinin iletken malzemelere dönüştürülmesi veya malzeme üzerine elektronik, bilişim ve kontrol bilimiyle entegre edilmiş elektronik düzeneklerin yerleştirilmesi,
- Yapılan çalışmalar Endüstri 4.0’da nesnelerin interneti üzerinde önemli gelişmeler ortaya koymaktadır.
Akıllı tekstillerin üretilmesinde elektronik elemanların tekstil malzemesi ile birleştirilmesi için kullanılan 3 yöntem bulunmaktadır:
İlk yöntemde, iletken lifler ve ipliklerin kullanılmasıyla, klasik elektronik elemanlar ve sensörlerler birleştirilip akıllı tekstiller üretilir. İletken iplikler; doğal iletken liflerden elde edilmiş iplikler veya iplik üretimi sırasında özel kaplama yapılarak iletkenlik kazandırılan ipliklerdir.
- Doğal iletken ipliklere metalik ipliklerde denilmektedir. Nikel, bakır, alüminyum gibi elektrik iletebilen metallerden üretilirler.
- Doğal iletken olmayan liflerin, metal ve metal tuzlarıyla kaplanmasıyla iletken özellikli iplikler üretilir. Ayrıca sürdürülebilirlik açısından iletken polimerlerin kullanılabilirliği araştırılmaktadır.
İkinci yöntemde, minyatür sensörlerin ve entegre elemanlarının 2B ve 3B tekstil malzemelerine monte edilmesiyle akıllı tekstiller üretilir.
Üçüncü yöntemde, iletkenlik özelliği doğrudan tekstil malzemesi üzerinde üretilmesiyle akıllı tekstiller üretilir. İletken malzemelerinin entegrasyonu, en çok tekstil yüzeylerine baskı teknolojileri kullanılarak gerçekleştirilir. Bunun dışında, daldırma, sıyırma, sprey yöntemi, dijital baskı ve emdirme yöntemleri de kullanılmaktadır.
Akıllı Tekstillerin Sınırları ve Problemleri
Giyilebilir teknoloji alanında akıllı tekstiller önemli bir gelişme sağlasa da, karşılaşılan sınırlılıklar ve problemler de mevcuttur.
- Akıllı tekstiller ürün tasarımı sırasında güç kaynağının türü, veri aktarılma yolu, iletken bağlantılarını seçilmesi ve ticari müşteri kitlesi belirleme gibi zorluklar bulunmaktadır.
- Geleneksel tekstillerin kullanıcıya sağladığı konfor akıllı tekstillerden de beklenmektedir. Esnek, rahat ve yıkanabilir özellikte olmalı, kullanım sırasında elektronik sistemin aşınmaya dayanıklı olması gerekmektedir.
- Akıllı tekstillerin tasarımı günümüzde sürdürülebilirlik ve ürün yaşam döngüsü süreçleri değerlendirilerek tasarlanmalıdır. Çevre dostu ve kullanıcıyla temaslar sırasında kullanıcının cildine ve sağlığına zararlı bir etkisinin olmaması gereklidir. Ürünlerin çocuklar için kullanımı açısından geliştirilmesi oldukça dikkat edilmesi gereken süreçtir.
- Akıllı tekstil ürünlerinin yaşam döngüleri sonucunda oluşan atıklar, çevreye zararlı olabilecek toksik içeriklere sahip olmamalıdır.
- Akıllı tekstillerde kullanılan kimyasallar, nanopartiküller ve metalik kaplamaların değerlendirilmesi için evrensel standartlar tamamlanmış değildir. Parçaların arızalanması sürecinin tespiti, analizi ve düzeltme yöntemleri geliştirilmelidir.
- Bazı akıllı tekstiller kullanıcıdan kişisel ve hassas bilgilerini talep etmektedir. Bu durum akıllı tekstillerin kullanımda en büyük dezavantajlardan biridir. Kullanıcıların gizlilik konusunda kaygıları oldukça büyüktür.
Akıllı tekstillerin karşılaştığı problemler üzerine yapılan araştırmalar ve standartların oluşturulması üzerine yapılan çalışmalar bulunmaktadır. Bu araştırmaların ışığında, bu teknolojinin geleceğinin parlak olabileceğine işaret etmektedir.
Özetle, akıllı veya elektronik tekstiller, geleneksel giysilerin temel işlevlerini yerine getirirken kişisel sağlık analizi, çevresel koşullara adaptasyon, spor, iletişim ve günlük kullanımda sunduğu kolaylık gibi pek çok alanda talepleri karşılamada büyük bir potansiyele sahiptir. Bu teknolojilerin etik ve gizlilik, kullanım konforu, çevresel ve sağlık endişeleri göz önünde bulundurulmalıdır. Yapılan Ar-Ge ve akademik çalışmaların bu problemlerin aşılabileceğini göstermektedir. Gelecekte, akıllı tekstillerin daha da gelişerek günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçası haline gelmesi beklenmektedir.
KAYNAKLAR
Şahinoğlu Ural, N., Uygur, A., “Akıllı Tekstiller Ve Günümüzdeki Uygulamalarından Bazı Örnekler”, Sanat – Tasarım Dergisi(5), 25-29, (2014).
The Manufacturer, “Smart fabrics for 21st century soldiers”, (Mayıs 2015), https://www.themanufacturer.com/articles/smart-fabrics-for-21st-century-soldiers/
Passive components, “Embroidered Smart Textiles Electronic Components in Life Saving Applications”, (Kasım 2019), https://passive-components.eu/embroidered-smart-textiles-electronic-components-in-life-saving-applications/
Ruckdashel, R. R., Venkataraman, D., Park, J. H., “Smart textiles: A toolkit to fashion the future”, Journal of Applied Physics, 129(13), (2021).
Esfahani, M. I. M., “Smart textiles in healthcare: a summary of history, types, applications, challenges, and future trends”, In Nanosensors and nanodevices for smart multifunctional textiles (pp. 93-107), Elsevier, (2021).
Younes, B., “Smart E-textiles: A review of their aspects and applications”, Journal of Industrial Textiles, 53, 15280837231215493, (2023).
Younes, B., “Textronics: a review of their technological aspects and applications”, The Journal of The Textile Institute, 1-17, (2023).
Textile Today, “Smart shoues and textiles: the intersection of technology and fashion”, (Mayıs 2023), https://www.textiletoday.com.bd/smart-shoes-and-textiles-the-intersection-of-technology-and-fashion
Lumeo Tech, “What are smart textiles, and what are they used for?” (Ocak 2024), https://www.lumeotech.com/insights/what-are-smart-textiles-and-what-are-they-used-for
Faydalı bilgi olmuş