Στις ΗΠΑ, περίπου 15 εκατομμύρια τόνοι υφασμάτων καταλήγουν σε χωματερές ή καίγονται κάθε χρόνο. Αυτά τα απόβλητα, που ανέρχονται στο 85% των κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων που παράγονται σε ένα χρόνο, είναι ένα αυξανόμενο περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Το 2022, η Μασαχουσέτη έγινε η πρώτη πολιτεία που θέσπισε νόμο που απαγορεύει την απόρριψη υφασμάτων στα σκουπίδια, με στόχο την αύξηση των ποσοστών ανακύκλωσης.
Αλλά η ανακύκλωση υφασμάτων δεν είναι πάντα εύκολη. Αυτά που δεν μπορούν να μεταπωληθούν ως έχουν αποστέλλονται σε εγκαταστάσεις για να ταξινομηθούν ανά τύπο υφάσματος. Η χειροκίνητη ταξινόμηση απαιτεί εργασία, δυσκολότερη λόγω φθαρμένων ετικετών ή ετικετών που λείπουν. Οι πιο προηγμένες τεχνικές που αναλύουν τη χημεία ενός υφάσματος συχνά δεν είναι αρκετά ακριβείς για να αναγνωρίσουν τα υλικά σε μείγματα υφασμάτων, τα οποία αποτελούν τα περισσότερα ρούχα.
Για να βελτιωθεί αυτή η διαδικασία ταξινόμησης, μια ομάδα από το Εργαστήριο Λίνκολν του MIT και το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν προσφέρουν έναν νέο τρόπο για την επισήμανση των υφασμάτων: με την ύφανση ινών με μηχανική ανακλαστικότητα σε αυτά. Αυτή η ίνα αντανακλάται μόνο κάτω από συγκεκριμένο υπέρυθρο φως. Ανάλογα με τα μήκη κύματος του φωτός που ανακλά η ίνα κατά τη σάρωση, οι ανακυκλωτές θα γνωρίζουν ποιον τύπο υφάσματος αντιπροσωπεύει η ίνα. Στην ουσία, η ίνα λειτουργεί σαν barcode για την αναγνώριση ενός προϊόντος.
«Το να έχετε έναν τρόπο να αναγνωρίζετε εύκολα τους τύπους υφασμάτων και να τους ταξινομείτε καθώς προκύπτουν θα μπορούσε να βοηθήσει στην κλιμάκωση των διαδικασιών ανακύκλωσης. Θέλουμε να βρούμε τρόπους να αναγνωρίζουμε υλικά για άλλη χρήση μετά τον κύκλο ζωής του ενδύματος», λέει η Έριν Ντόραν, συγγραφέας της μελέτης της ομάδας, η οποία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Advanced Materials Technologies.
Τραβώντας νήματα
Η Ντόραν είναι ειδική στα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα στο Defense Fabric Discovery Center (DFDC) στο Εργαστήριο του Πανεπιστημιου Λίνκολν. Εκεί, συνεργάζεται με ερευνητές της Ομάδας Advanced Materials and Microsystems για να κατασκευάσει «υφάσματα του μέλλοντος» ενσωματώνοντας ίνες εμποτισμένες με μικροσκοπικά ηλεκτρονικά και αισθητήρες.
Στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, ο Μπράιαν Ίεζι, ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, ερευνούσε τρόπους βελτίωσης της δυνατότητας ανακύκλωσης υφασμάτων. Η δουλειά του στο εργαστήριο Στέιν του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν επικεντρώνεται στην εφαρμογή φωτονικής σε συσκευές που βασίζονται σε ίνες.
Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται ίνα δομικού χρώματος, ένας τύπος φωτονικής ίνας που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά στο MIT πριν από περισσότερα από 20 χρόνια από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή Γίολ Φίνκ. Είναι ένας τομέας εξειδίκευσης σήμερα στο DFDC.
«Είναι μια ίνα που λειτουργεί σαν τέλειος καθρέφτης», λέει ο ερευνητής του DFDC, Μπραντοφρντ Πέρκινς, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Στρώνοντας συγκεκριμένα υλικά, μπορείτε να σχεδιάσετε αυτόν τον καθρέφτη ώστε να αντανακλά συγκεκριμένα μήκη κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, θα θέλατε αντανακλάσεις σε μήκη κύματος που ξεχωρίζουν από τις οπτικές υπογραφές των άλλων υλικών στο ύφασμά σας, τα οποία τείνουν να είναι σκούρα επειδή τα κοινά υλικά υφάσματος απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία».
Η ίνα ξεκινά ως ένα μπλοκ πολυμερούς που ονομάζεται προφόρμα. Η ομάδα κατασκεύασε προσεκτικά το πρόπλασμα ώστε να περιέχει περισσότερα από 50 εναλλασσόμενα στρώματα ακρυλικού και πολυανθρακικού. Κάθε στρώμα καταλήγει να έχει πάχος μικρότερο από ένα μικρό και σε συνδυασμό να παράγει μια ίνα που έχει το ίδιο μέγεθος με ένα συμβατικό νήμα σε ύφασμα.
Ενώ κάθε μεμονωμένο στρώμα είναι καθαρό, ο συνδυασμός των δύο υλικών αντανακλά και απορροφά το φως για να δημιουργήσει ένα οπτικό εφέ που μπορεί να μοιάζει με χρώμα. Είναι το ίδιο αποτέλεσμα που δίνει στα φτερά της πεταλούδας τα πλούσια, αστραφτερά τους χρώματα.
«Τα φτερά πεταλούδας είναι ένα παράδειγμα δομικού χρώματος στη φύση», λέει ο συν-συγγραφέας Τάιραν Γουάνγκ , επίσης από το Εργαστήριο του Πανεπιστημιου Λίνκολν. «Όταν τα κοιτάς πολύ προσεκτικά, είναι πραγματικά ένα περίβλημα υλικού με νανοδομημένα σχέδια που διασκορπίζουν το φως, παρόμοια με αυτό που κάνουμε με τις ίνες».
Ελέγχοντας την ταχύτητα με την οποία έλκονται οι ίνες, οι ερευνητές μπορούν να τις «συντονίσουν» ώστε να αντανακλούν και να απορροφούν συγκεκριμένες, περιοδικές περιοχές μηκών κύματος - δημιουργώντας έναν μοναδικό οπτικό γραμμικό κώδικα σε κάθε ίνα.
Αυτός ο γραμμωτός κώδικας μπορεί στη συνέχεια να αντιστοιχιστεί σε αντίστοιχους τύπους υφάσματος, ένας συμβολίζοντας το βαμβάκι, για παράδειγμα, και ένας άλλος τον πολυεστέρα. Οι ίνες θα υφαίνονταν σε υφάσματα όταν τα υφάσματα κατασκευάζονται, προτού χρησιμοποιηθούν σε ένα ένδυμα και τελικά ανακυκλωθούν.