Бродиране на електроника в следващото поколение „Smart“ платове

Археологията разкрива, че хората започна да носи дрехи преди около 170 000 години, много близо до втората до последна ледникова епоха. Дори и сега, обаче, повечето съвременни хора носят дрехи, които едва се различават от тези най-ранни дрехи. Но това ще се промени, тъй като гъвкавата електроника все повече се втъкава в това, което се нарича „умни тъкани“.

Много от тях вече са на разположение за покупка, като например гащите, които осигуряват нежни вибрации за по-лесна йога, тениски, които ефективността на плейъра и спортни сутиени това наблюдавайте сърдечния ритъм , Интелигентните тъкани имат потенциално обещаващи приложения в здравеопазването (измерване на пациентите, сърдечната честота и кръвното налягане ), защита ( мониторинг на състоянието на войниците и активността на войниците ), автомобили ( регулиране на температурите на седалките за да направят пътниците по-удобни) и дори за интелигентни градове ( пускането на знаци да комуникират с минувачи).

В идеалния случай електронните компоненти на тези облекла – сензори, антени за предаване на данни и батерии за доставка на енергия – ще бъдат малки, гъвкави и до голяма степен незабелязани от потребителите. Това е вярно и днес за сензорите, много от които дори се перат в машината. Но повечето антени и батерии са твърди и не водоустойчиви, така че трябва да се отделят от дрехите, преди да се измият.

Работата ми в Лаборатория по електрология от Държавния университет в Охайо има за цел да направи антени и източници на енергия, които са еднакво гъвкави и измиващи. По-конкретно, ние сме бродиране на електроника директно в тъкани, използващи проводими нишки, които наричаме „е-нишки“.

Антена бродерия

An embroidered antenna
Бродирана антена (ElectroScience Lab, CC BY-ND)

Електронните нишки, с които работим, са снопове от усукани полимерни влакна за осигуряване на здравина, всяка от които с метално покритие за електричество. Полимерната сърцевина на всяка нишка обикновено е изработена от кевлар или зилон, докато заобикалящото покритие е сребърно. Десетки или дори стотици от тези нишки след това са усукани заедно, за да образуват една е-нишка, която обикновено е по-малко от половин милиметър.

Тези е-нишки могат лесно да се използват с общо търговско бродиращо оборудване – същите компютърно свързани шевове, които хората използват всеки ден, за да поставят имената си върху спортни якета и суичъри. Бродираните антени са леки и също толкова добри, колкото техните твърди медни колеги, и могат да бъдат толкова сложни най-съвременните печатни платки ,

Нашите антени за е-нишка могат дори да бъдат комбинирани с обикновени нишки в по-сложни дизайни, като интегриране на антени в корпоративни лога или други проекти. Успяхме да бродим антени на тъкани толкова тънки, колкото оргазма и колкото дебели като Kevlar. Веднъж бродирани, проводниците могат да бъдат свързани със сензори и батерии чрез традиционно запояване или гъвкави връзки, които свързват компонентите заедно.

Досега сме могли да създадем умни шапки, които четат дълбоки мозъчни сигнали за пациенти с Паркинсон или епилепсия. Имаме бродирани тениски с антени които разширяват обхвата на Wi-Fi сигналите към мобилния телефон на потребителя. Освен това направихме рогозки и легла наблюдавайте височината на децата за да проверите диапазон от заболявания в ранна детска възраст. И ние направихме сгъваеми антени която измерва доколко повърхността на тъканта е огъната или повдигната.

Преместване извън антената

Моята лаборатория работи и с други изследователи от Охайо, включително с химици Anne Co и лекар Chandan Sen , за да се направят гъвкави миниатюрни генератори на електроенергия.

Printed on fabric, metals can generate power.
Отпечатани върху плат, металите могат да генерират енергия. (ElectroScience Lab, CC BY-ND)

Използваме процес, подобен на мастиленоструен печат редуващи се области от сребърни и цинкови точки върху плата. Когато тези метали влизат в контакт с пот, физиологичен разтвор или дори течни изхвърляния от рани, среброто действа като положителен електрод и цинкът служи като отрицателен електрод – и електричеството протича между тях.

Ние сме генерирали малки количества електроенергия, само като навлажняваме тъканта – без да има нужда от допълнителни вериги или компоненти. Това е напълно гъвкав, измиваем източник на енергия, който може да се свърже с друга носеща електроника, което премахва нуждата от конвенционални батерии.

Както заедно, така и индивидуално, тези гъвкави електроуреди, които могат да се носят, ще превърнат дрехите в свързани, чувствителни, комуникиращи устройства, които са добре свързани с тъканта на взаимосвързания 21-ви век.

Тази статия е публикувана първоначално на Разговорът.

The Conversation

Асимина Киурти, асистент по електротехника и компютърно инженерство, Държавния университет в Охайо

2018-03-12 19:53:30

http://www.smithsonianmag.com/innovation/embroidering-electronics-next-generation-smart-fabrics-180968449/