فناوری نانو در تجهیزات و وسایل ورزشی

فناوری نانو در تجهیزات و وسایل ورزشی

امروزه تمامی علوم و بخش های فنی و مهندسی در طراحی های خود از موادی که با فناوری های جدید تولید می شوند، بهره می گیرند. یکی از این بخش ها مهندسی ورزش و تجهیزات ورزشی است. فناوری نانو یکی از جدیدترین علومی است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد و استفاده از این فناوری در تجهیزات ورزشی بسیار رواج یافته است.پژوهش های بسیاری در مورد به کار گیری نانو مواد در تجهیزات ورزشی صورت گرفته است و شرکت های معتبری از آن بهره برده اند. راکت ها و توپ های ورزشی، دوچرخه های فوق سبک و ضد آب نمودن تجهیزات از جمله بخش هایی است که به صورت کلانی از فناوری نانو در آنها استفاده شده است.

مقدمه
ورزشکار بدون تجهیزات و وسایل خود نمی تواند مهارت های خود را به طور کامل به عرصه نمایش بگذارد. فکر کردن به داشتن تجهیزات منحصر به فرد همیشه ذهن ورزشکاران حرفه ای و مربیان آنان را به خود مشغول کرده است. از این رو مهندسان برای عملی کردن این موضوع تمامی تلاش خود را به کار گرفته اند. طراحی های خاص و دقیق، استفاده از مواد مناسب، انجام آزمون های استاندارد سازی بر روی تجهیزات، ولی این بخش از علم و مهندسی همانند دیگر علوم نیاز دارد با جدیدترین فناوری های روز هم راستا شود تا بتواند به نیاز های تمامی سطوح ورزشی را رفع کند. امروزه مهندسان ورزشی لزوم استفاده از این فناوری ها را به خصوص فناوری نانو را در تجهیزات و وسایل ورزشی درک کرده اند.
در این مقاله سعی شده است تجهیزاتی که از فناوری نانو استفاده می کنند و همچنین تجهیزاتی که به کارگیری این فناوری می تواند عملکرد ورزشکار را بهبود بخشد در ساختاری مشخص مورد بررسی قرار دهد.

فناوری نانو و تجهیزات و وسایل ورزشی
تمام وسایلی که با فناوری نانو تولید شده اند با هدف بهبود عملکرد ورزشکاران و جلوگیری از آسیب های احتمالی آنها بوده است.فناوری نانو به تجهیزات اسحتکام بالا را در حالی می بخشد که وزن آن را نیز کاهش می دهد. همین امر سبب شده است که در بسیاری از تجهیزات از سوی شرکت های معتبر مورد استفاده قرار بگیرد. بیشترین استفاده در حوزه هایی مانند توپهای ورزشی، راکت های ورزشی، تجهیزات کوهنوردی و قایقرانی، دوچرخه و خودروی ورزشی بوده است.برخی وسایل ورزشی که در آن ها از فناوری نانو بهره گرفته شده است به بهبود عملکرد تجهیزات کمک شایانی می کنند. البته در برخی تجهیزات نیاز روزافزونی احساس می شود که نانوموادها و نانوپوشش ها در ساخت و یا بهبود این تجهیزات مورد استفاده قرار گرفته شوند. در اینادامه به بررسی تجهیزات موجود در این حوزه با توجه به تقسیم بندی ذکر شده پراخته می شود.

راکت های ورزشی:
ورزش های راکتی به علت ضربه های پشت سر هم به راکت، نیاز دارند که از راکت مستحکمی برخوردار و وزن راکت ها بسیار پایین باشد.همچنین راکت ها نیاز دارند که ضربه ای با کیفیت بالا را داشته باشد و مهارت های ورزشکار را کاملا منتقل کند. استفاده از نانو مواد ها در ساخت آن ها این نیاز را پاسخ می گوید. شرکت های بسیاری شروع به استفاده از نانو مواد کرده اند و محصولات بر پایه فناوری نانو خود را به بازار معرفی کرده اند. در ادامه به محصولات برخی از این شرکت ها پرداخته می شود.

راکت تنیس :
شرکت بابولات یک خط از راکت های تنیس ساخته شده با فناوری نانو را در بولدر ایجاد نموده است. بازیکنانی که در یک ضربه کامل با راکت تنیس عکس العمل خوبی ندارند و نیاز به یک راکتی مستحکم دارندکه توپ را با سرعت بیشتری ضربه بزنند، این شرکت با استفاده از فناوری نانو ،توانسته است مقاومت راکت ها را افزایش دهد و بازیکنان غیر حرفه ای بتوانند سریع تر مهارت خود را به دست آورند. شرکت بابولات فرانسوی، تولید کننده ی راکت های تنیس و زه های آن، با اعمال نفوذ کربن درسطح نانو و به کارگیری نانو لوله های کربنی، این راکت ها را تولید نموده است. این راکت ها را معمولا با الیافی، مشتق شده از گرافیت وکربن ایجاد می کنند. این شرکت ترکیبی از نانو لوله های کربن با الیاف کربن منظم به منظور تولید راکت های مستحکم تولید کرده است. این ترکیب پنج بار مستحکم تر ومنظم تر از کربن در حالت عادی است ، به دلیل خم شدن قاب در زمان ضربه، کند شدن سرعت توپ که در راکت های معمولی مشاهده می شود، در این راکت ها در اثر وجود زه مقاوم عکس العمل خوبی در زمان ضربه از خود نشان می دهد و این مشکل را رفع نموده است.در اثر وجود تثبیت کننده هایی در دو طرف مرکزآن ،مقاومت در برابر تنش را افزایش داده شده است. مقاومت در برابر تنش در این راکت ها ۵۰درصد 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.

 

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل ۱- راکت تنیس و زه های آن بر پایه فناوری نانو

چوب گلف:
شرکت مارومانواقع در توکیو، از فولرین‌های شرکت مواد شیمیایی هانجوبرای ساخت انتهای چوب گلف استفاده کرده است. مواد جدید فولرین تیتانیوم در ساخت انتهای چوب گلف‌ مدل نیو مجستی ( New Majesty) به کار رفته است. چوب جدید در مقایسه با تیتانیوم معمولی به میزان ۱۲% بیشتر در مقابل خمید‌گی مقاومت می‌کند. سختی آن ۳.۶% بهتر است و سر آن به میزان ۲۰ درصد الاستیسیته بیشتری از خود نشان می‌دهدو‌ مسافت پرواز توپ به میزان ۱۵ یارد افزایش یافته است.
دوچرخه:

تور سال ۲۰۰۵ فرانسه شاهد دوچرخه سوارانی از تیم فوناک بود که از دوچرخه هایی با بدنه حاوی نانو لوله های کربنی استفاده می کردند. کارخانه سوئیسی ب.م.سی، تولیدکننده 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 ما بین فیبرهای کربنی افزایش می دهد. نانو لوله های کربنی خم می شوند و حالت ارتجاعی زیادی دارند. نانولوله ها مانند حصیر خم می شوند ولی نمی شکنند و می توانند بدون آنکه آسیب ببینند دوباره راست گردند. دلیل دیگر عدم شکست نانولوله های کربن در بارگذاری شدید این است که حلقه های کربن در دیواره های لوله که تقریبا شش ضلعی هستند و به جای شکستن، تغییر ساختار می دهند. سطح نانو لوله ها به نحوی تغییر داده شده است که پخش آنها در مواد دیگر ساده تر صورت گیرد. این دوچرخه تنها یک بخش آلیاژی دارد و آن زه قلاب پایینی می باشد. ساختار این بدنه توسط قالب گیری تولید می شود که پس از تولید نیاز به ماشین کاری ندارد، این امر از آسیب دیدن الیاف کربنی جلوگیری می کند.

 

 

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1

شکل ۲-دوچرخه با بدنه حاوی نانو لوله های کربنی

توپ های ورزشی:
نیروهای آیرودینامیکی مهمترین پارامتر در توپ های ورزشی هستند. خواص سطحی، وجود فرورفتگی و درز و زاویه آنها در هنگام پرواز از جمله مواردی هستند که بر روی آیرودینامیک توپ تاثیر دارند. برای تعیین نیروهای آیرودینامیکی و محاسبه آنها از روش تونل باد استفاده می کنند. بهبود خواص سطحی با استفاده از نانو مواد و همچنین پوششهایی در سطح نانو می تواند خواص آیرودینامیکی را تا حد قابل قبولی ارتقاء بخشد.ضریب اصطکاک با سطوح دیگر مانند انواع کفپوش و سطوح ، دست و انواع دستکش یکی دیگر از پارمترهایی است که می توان با نانو مواد بهبود بخشید و همچنین توپ ها را نیز مستحکم کرد. شرکت های معتبری اقدام به استفاده از مواد نانویی در بخش های مختلف توپ کرده اند و از سوی ورزشکاران مورد توجه قرار گرفته اند.
توپ تنیس:

شرکت ویلسون توپی تولید کرده است که دارای دو هسته می باشد که در پوشش های ما بین آن از هوا مستحکم شده 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 همپوشانی می شوند. از آنجا که چندین لایه روی هم قرار می گیرند، هر یک از صفحات دیگر باید هوا را از طریق لایه های بسیاری در داخل کیسه وارد کنند ،بنابراین هوا بهتر در داخل توپ باقی می ماند. پوشش نانو که در دومین هسته داخل توپ تنیس است، از طریق اسپری و یا غلتانیدن آن بر روی لاستیک بوجود می آید، پوسته روی هسته دوم از صفحات روی هم قرار گرفته ای از خاک رس تولید شده است. این صفحات حدود ۱ نانومتر ضخامت دارند. مزایا این توپ ها نسبت به توپ های معمولی این است که پرز دار شدن آنها به سرعت نیست. بیشترین زمان برای استفاده از توپ های معمولی یک و نیم جلسه است ولی بیشترین زمان توپ های دو هسته ای ویلسون ۳ جلسه می باشد. همچنین این توپ ها دارای ملاحظات زیست محیطی نیز می باشند.

توپ گلف:
شرکت نانو دینامیک واقع در نیویورک توپ گلفی را که می‌تواند مسیر پرواز خود را اصلاح نماید، معرفی کرده است؛ بنابراین نسبت به توپ‌های معمولی مستقیم‌تر حرکت می‌کند. این توپ در هوا تغییر جهت ۴۵ درجه‌ای نمی‌دهد و طراحی توپ و نانومواد مجهول به کار رفته در آن، ‌انرژی دریافتی از سرچوب گلف را بهتر جهت‌دهی کرده و بنابراین از تلوتلو خوردن و انحراف توپ جلوگیری می‌‌کند.

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9

شکل ۳- بهبودخواص سطحی توپ گلف با استفاده از نانو مواد

واکس اسکی:
تجهیزات و وسایل ورزشی به دو روش بر کار ورزشکار دخالت دارند. به صورت مستقیم مانند راکت ها و دیگری به صورت غیر مستقیم بر عملکرد ورزشکاران دخالت می کند. یکی از این تجهیزات که از فناوری نانو هم استفاده کرده است واکس اسکی است.
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 است که با استفاده از نانو تکنولوژی شیمیایی، پوشش هوشمندی با خواص چند عملکردی ایجاد می نماید. این واکس بوسیله شرکت آلمانی نانوگیت تولید شده، که سطحی بسیار لیز و سخت ایجاد می نماید. این پوشش هوشمند با کاهش دما بسیار مستحکم می شود و با کریستال های برف و پوست سازگاری بسیار خوبی دارد. محصولات نانو واکسبا فرمول های مختلفی برای انواع ورزش های زمستانی که در شرایط مختلف انجام می شوند تولید شده اند.
filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6

شکل ۴- نانو واکس با خواص پوشش دهی هوشمند

فناوری نانو در خودرو ورزشی:
یک شرکت روسی خودرویی را با استفاده از نانو مواد تولید و پرده برداری کرد . این خودرو با نام ماروسیا، دارای قدرتی معادل ۲۴۰ اسب بخار می باشد که باعث تحسین و تردید همگان شد زیرا تولید کنندگان این خودرو ورزشی برای غلبه بر دیگر رقبای خود، سرمایه گذاری عظیمی در زمینه تولید بدنه ای تمام غیر فلزی انجام داده است ،که این بدنه باعث سبک تر شدن این خودرو شده است.

برخی از رشته های ورزشی، رشته های آبی هستند. یکی از این رشته ها قایقرانی است. در رشته قایقرانی از چندین نوع قایق در سبک های مختلف استفاده می شود ولی یک نکته مشترک در تمامی آنها خیس نشدن ورزشکارن و ضد آب بودن تجهیزات آنها است زیرا در صورت خیس شدن وزن آنها و تجهیزاتشان زیاد شده و از لحاظ روانی نیز برای آنها خوشایند نخواهد بود زیرا در حالت عادی مهارت خود را نشان نخواهند داد. با استفاده از نانو پوشش ها این تجهیزات آبگریز شده است و قطرات آب به داخل آنها نفوذ نمی کند.تجهیزات کوهنوردی نیز همانند قایقرانی نیاز دارند که در حین استحکام بالا، ضد آب باشند.
یکی از رشته هایی که استفاده از نانو مواد به خصوص نانولوله های کربنی در آن احساس می شود پرش با نیزه است. مهمترین پارامتر در نیزه پرش انعطاف مناسب آن می باشد. نیزه پرش به طور معمول از فیبر های شیشه ساخته می شوند و در بین ورزشکاران این نوع نیزه ها محبوبیت خاصی برخوردار است.نیزه های فایبرگلاس از پارچه ی بافته شده ی فایبرگلاس که با رزین اپوکسی اشباع شده است ساخته شده اند. دو نوع الیاف فایبرگلاس که در ساخت نیزه استفاده می شوند، S glass و E glass.

در چند سال اخیر نیزه هایی با الیاف کربن ساخته شده اند ولی به علت محبوبیت نیزه های با فیبر شیشه زیاد استفاده نمی شود.الیاف کربن و شیشه دانسیته ی مشابهی دارند اما شیب منحنی تنش – کرنش الیاف کربن بیشتر است . بنابراین در یک نیزه با مقاومت مشابه الیاف کربن کمتری مورد نیاز است . نتایج نشان می دهد که الیاف کربن بهتر از الیاف شیشه هستند. این داده ها در مورد نانولوله های کربنی در دست نیست و نیزه پرشی با استفاده از آن ها طراحی و آزمایش نشده است و این نیاز دیده می شود که امر در نیزه های پرش مورد بررسی قرار گیرد.

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a

شکل ۵-منحنی تنش – کرنش الیاف کربن و الیاف شیشه

نمایش توضیحات فیلم

چندرسانه ای ۱ : تولید الیاف نانولوله کربنی به روش ریسندگی مستقیم از سنتز CVD در مهندسی ورزش


بحث و نتیجه گیری:
استحکام بالا و وزن بسیار پایین دو ویژگی است که با استفاده از نانو مواد می توان در تجهیزات ورزشی به آن دست یافت. همانطور که بررسی شد، راکت های ورزشی مانند راکت تنیس با استفاده از این نانو مواد توانسته اند استحکام راکت در حالی که وزن آن کاهش یافته است، بهبود ببخشند. یکی دیگر از استفاده از نانو مواد ضد آب کردن تجهیزات رشته هایی است که با آب در تماس هستند. این امر کمک می کند که تجهیزات ورزشکار در اثر خیس شدن سنگین نشود و به راحتی بتواند از آنها استفاده کند. رشته های ورزشی بسیاری نیاز دارند که در طراحی تجهیزاتشان از نانو مواد و بهبود خواص آنها بهره بگیرند.

 

این مطلب را به اشتراک بگذارید :
0.00 avg. rating (0% score) - 0 votes

اخبار

1 Comment

Leave a Reply

ایمیل شما نمایش داده نخواهد شد


*


Enter Captcha Here : *

Reload Image