Arheologia dezvăluie că oamenii au început să poarte haine cu aproximativ 170.000 de ani în urmă, foarte aproape de a doua-până în ultima epocă de gheață. Chiar și acum, însă, majoritatea oamenilor moderni poartă haine care abia sunt diferite de cele mai vechi haine. Dar asta este pe cale să se schimbe, deoarece electronica flexibilă este tot mai țesută în ceea ce se numește „țesături inteligente”.
Multe dintre acestea sunt deja disponibile pentru cumpărare, cum ar fi jambierele care oferă vibrații blânde pentru un yoga mai ușor, tricouri care urmăresc performanțele jucătorilor și sutienele sportive care monitorizează ritmul cardiac. Țesăturile inteligente au utilizări potențial promițătoare în asistența medicală (măsurarea ritmului cardiac și a tensiunii arteriale ale pacienților), apărare (monitorizarea stării de sănătate și a activității soldaților), mașini (reglarea temperaturilor scaunului pentru a face pasagerii mai confortabili) și chiar orașe inteligente (lăsând semne să comunice cu trecători).
În mod ideal, componentele electronice ale acestor articole - senzori, antene pentru a transmite date și baterii pentru a furniza energie - vor fi mici, flexibile și în mare parte neobservate de purtătorii lor. Acest lucru este valabil astăzi pentru senzori, mulți dintre ei chiar lavabili cu mașina. Însă majoritatea antenelor și bateriilor sunt rigide și nu sunt impermeabile, așa că trebuie să fie detașate de îmbrăcăminte înainte de spălarea acestuia.
Lucrările mele la Laboratorul ElectroScience al Universității de Stat din Ohio își propun să facă antene și surse de energie la fel de flexibile și lavabile. Mai exact, brodăm electronice direct în țesături folosind fire conductoare, pe care le numim „e-thread”.
Broderie antena
O antenă brodată (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Firele cu care lucrăm sunt pachete de filamente polimerice răsucite pentru a oferi rezistență, fiecare având o acoperire pe bază de metal pentru a conduce electricitatea. Nucleul de polimer al fiecărui filament este obișnuit format din Kevlar sau Zylon, în timp ce acoperirea înconjurătoare este argintie. Zeci sau chiar sute din aceste filamente sunt apoi răsucite împreună pentru a forma un singur fir electronic care este de obicei mai puțin de jumătate de milimetru.
Aceste fire electronice pot fi utilizate cu ușurință cu echipamente comerciale comune de broderie - aceleași mașini de cusut conectate la computer pe care oamenii le folosesc în fiecare zi pentru a-și pune numele pe jachete și jachete sport. Antenele brodate sunt ușoare și la fel de bune ca omologii lor rigidi de cupru și pot fi la fel de complexe ca și plăcile de circuite imprimate de ultimă generație.
Antenele noastre e-thread pot fi combinate chiar și cu fire obișnuite în modele mai complexe, cum ar fi integrarea antenelor în logo-urile corporative sau în alte modele. Am reușit să brodăm antene pe țesături la fel de subțiri ca organza și la fel de groase ca Kevlar. Odată brodate, firele pot fi conectate la senzori și baterii prin legături tradiționale de lipire sau prin interconectări flexibile care conectează componentele.
Până acum, am reușit să creăm pălării inteligente care să citească semnale cerebrale profunde pentru pacienții cu Parkinson sau cu epilepsie. Avem tricouri brodate cu antene care extind gama de semnale Wi-Fi către telefonul mobil al purtătorului. De asemenea, am realizat covorașe și cearceafuri care monitorizează înălțimea bebelușilor la ecran pentru o serie de afecțiuni medicale timpurii. Și am realizat antene pliabile care măsoară câtă suprafață este pe care țesătura a fost îndoită sau ridicată.
Trecând dincolo de antenă
Laboratorul meu lucrează, de asemenea, cu alți cercetători de stat din Ohio, inclusiv chimistul Anne Co și medicul Chandan Sen, pentru a produce generatoare de energie în miniatură flexibile.
Tipărite pe țesătură, metalele pot genera energie. (Laboratorul ElectroScience, CC BY-ND) Folosim un proces asemănător cu imprimarea cu jet de cerneală pentru a plasa regiuni alternative de puncte de argint și zinc pe material. Atunci când metalele respective vin în contact cu transpirația, soluția salină sau chiar lichidul din răni, argintul acționează ca electrodul pozitiv și zincul servește ca electrod negativ - și electricitatea curge între ele.
Am generat cantități mici de electricitate doar prin îmbibarea materialului - fără a mai fi nevoie de circuite sau componente suplimentare. Este o sursă de energie complet flexibilă și lavabilă, care se poate conecta cu alte electronice care pot fi purtate, eliminând nevoia de baterii convenționale.
Atât împreună cât și individual, aceste electronice flexibile, purtabile, vor transforma îmbrăcămintea în dispozitive conectate, senzitive și de comunicare, care se potrivesc bine cu țesătura secolului 21 interconectat.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Asimina Kiourti, profesor asistent de inginerie electrică și informatică, Universitatea de Stat din Ohio
