ปฏิวัติอุตสาหกรรม! เส้นใยอิเล็กทรอนิกส์ย่อยสลายได้จาก SNU สู้ศึกขยะ E-Waste และสิ่งทอ

ในยุคที่โลกกำลังจมอยู่กับวิกฤตขยะสิ่งทอที่สูงถึง 92 ล้านตันต่อปี ซึ่งส่วนใหญ่เป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ต้องใช้เวลาหลายศตวรรษในการย่อยสลาย ปัญหาดังกล่าวกำลังทวีความรุนแรงขึ้น เมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่ได้ (Wearable Electronics) ไม่ว่าจะเป็นสมาร์ทวอทช์ ฟิตเนสแทร็กเกอร์ หรือเสื้อผ้าอัจฉริยะ ได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวัน

ความท้าทายที่ใหญ่กว่าคือ สิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ (E-textiles) เหล่านี้ไม่ได้มีแค่ผ้า แต่เต็มไปด้วยสายโลหะ แผ่นพลาสติก และวงจรไฟฟ้าที่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำกลับมารีไซเคิล เมื่ออุปกรณ์เหล่านี้ใกล้ชิดกับเรามากขึ้นและมีแนวโน้มจะถูกทิ้งมากขึ้น คำถามสำคัญคือ เราจะออกแบบอุปกรณ์เหล่านี้ให้ "หายไป" เมื่อหมดอายุการใช้งานได้อย่างไร?

ล่าสุด ทีมวิจัยจาก Seoul National University นำโดย Professor Seung-Kyun Kang และ Dr. Jae-Young Bae ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญ ด้วยการพัฒนา "เส้นใยนำไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ (Biodegradable Fiber Electronics)" ซึ่งถูกตีพิมพ์ลงในวารสารระดับโลกอย่าง npj Flexible Electronics

นวัตกรรมที่ทำงานเต็มที่ และสลายตัวได้เมื่อหมดหน้าที่

สิ่งที่ทำให้นวัตกรรมนี้แตกต่างคือ เส้นใยอิเล็กทรอนิกส์ที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งาน แต่เมื่อถูกทิ้งลงในดินหรือสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีเอนไซม์ มันจะค่อยๆ สลายตัวไปเองโดยไม่ทิ้งสารพิษตกค้างไว้เบื้องหลัง

หัวใจของเทคโนโลยีนี้คือการผสมผสาน อนุภาคทังสเตน (Tungsten) เข้ากับ พอลิเมอร์ชีวภาพที่ย่อยสลายได้ (PBAT) เพื่อสร้างเป็นแกนกลางของเส้นใย จากนั้นเคลือบด้วยชั้น พอลิแอนไฮไดรด์ (PBTPA) ที่ยืดหยุ่นและกันน้ำ ช่วยเสริมความแข็งแรงทนทานโดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติการย่อยสลาย

ประสิทธิภาพสุดล้ำ เทียบชั้นหรือเหนือกว่าที่มีในตลาด

เส้นใยใหม่นี้ไม่ได้มีดีแค่ความยั่งยืน แต่ยังมาพร้อมประสิทธิภาพที่น่าทึ่ง ได้แก่:

• การนำไฟฟ้าสูง: ประมาณ 2,500 S/m
• ความยืดหยุ่นสูง: ยืดได้ถึง 38% โดยไม่เสียหาย
• ความทนทาน: ทนต่อการซักได้มากกว่า 20 ครั้ง และการพับงอมากกว่า 5,000 ครั้ง

ตัวเลขเหล่านี้เทียบเท่าหรือดีกว่าโซลูชันสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดที่มีอยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังเข้ากันได้ดีกับกระบวนการผลิตแบบ dry-jet wet-spinning ซึ่งสามารถขยายขนาดสู่เชิงพาณิชย์ได้ โดยทีมวิจัยได้สาธิตการผลิตเส้นใยต่อเนื่องยาวกว่า 10 เมตร ได้สำเร็จแล้ว

พิสูจน์ด้วยการใช้งานจริง กับ "ปลอกแขนอัจฉริยะ" ที่หายไปได้

เพื่อยืนยันศักยภาพ ทีมวิจัยได้นำเส้นใยนี้ไปสร้างเป็น ปลอกแขนอัจฉริยะ (Wearable Smart Sleeve) ที่ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ, ขั้วไฟฟ้าสำหรับวัดสัญญาณกล้ามเนื้อ (EMG) และขดลวดรับพลังงานแบบไร้สาย

ผลลัพธ์คืออุปกรณ์ทำงานได้อย่างแม่นยำและน่าเชื่อถือ และที่สำคัญที่สุดคือ หลังจากใช้งานเสร็จสิ้น เมื่อนำไปสัมผัสกับดินหรือเอนไซม์ ระบบทั้งหมด รวมถึงตราสัญลักษณ์เชิงนิเวศน์ที่ปักด้วยเส้นใยนี้ ก็เริ่มสลายตัวและหายไปอย่างสมบูรณ์ในเวลาเพียงไม่กี่เดือน

"นี่เป็นมากกว่าแค่วัสดุใหม่ แต่มันคือแพลตฟอร์มสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน" Professor Seung-Kyun Kang กล่าว "เราพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าคุณสามารถมีอุปกรณ์สวมใส่ประสิทธิภาพสูงที่ไม่ต้องกลายเป็นขยะอิเล็กทรอนิกส์ได้จริง"

Dr. Jae-Young Bae เสริมว่า "ความสามารถในการออกแบบอุปกรณ์ที่สอดคล้องกับวงจรชีวิตการใช้งาน แล้วสลายหายไปอย่างสง่างาม จะเปิดโอกาสใหม่ๆ ในหลากหลายวงการ ตั้งแต่พลาสเตอร์ทางการแพทย์ เครื่องแบบอัจฉริยะ ไปจนถึงเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะในระบบดูแลสุขภาพแบบใช้แล้วทิ้งที่ไม่สร้างมลพิษระยะยาว"

โดยในอนาคต ทีมวิจัยตั้งเป้าที่จะขยายแพลตฟอร์มนี้ให้ครอบคลุมส่วนประกอบอื่นๆ เช่น หน่วยความจำและหน่วยประมวลผลลอจิก เพื่อสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ชั่วคราวที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น นอกจากนี้ พวกเขายังกำลังสำรวจกลไกการย่อยสลายที่สามารถ "กระตุ้น" ได้ด้วยปัจจัยภายนอก เช่น แสง, ความร้อน หรือค่า pH ซึ่งจะช่วยให้สามารถกำหนดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ในอนาคตได้อย่างแม่นยำและตอบโจทย์การใช้งานที่หลากหลายยิ่งขึ้นต่อไป

ที่มา: Techxplore