Археологията разкрива, че хората са започнали да носят дрехи преди около 170 000 години, много близо до втората до последна ледникова епоха. Дори и сега повечето съвременни хора носят дрехи, които едва се различават от тези най-ранни облекла. Но това е на път да се промени, тъй като гъвкавата електроника все повече се вписва в това, което се нарича „интелигентни тъкани“.
Много от тях вече са достъпни за закупуване, като гамаши, които осигуряват нежни вибрации за по-лесна йога, тениски, които проследяват работата на играчите и спортни сутиени, които следят сърдечната честота. Интелигентните материи имат потенциално обещаващи приложения в здравеопазването (измерване на сърдечната честота и кръвното налягане на пациентите), отбраната (наблюдение на здравето и нивата на активността на войниците), автомобилите (регулиране на температурата на седалките, за да се направи по-комфортно на пътниците) и дори умни градове (оставяне на знаците да комуникират с минувачите).
В идеалния случай електронните компоненти на тези облекла - сензори, антени за предаване на данни и батерии за захранване - ще бъдат малки, гъвкави и до голяма степен незабелязани от техните носители. Това важи днес за сензорите, много от които дори се перат в машината. Но повечето антени и батерии са твърди и не са водоустойчиви, така че те трябва да бъдат отделени от дрехите, преди да го измиете.
Работата ми в лабораторията за електронаука на университета в Охайо има за цел да направя антени и източници на енергия, които са еднакво гъвкави и миещи се. По-конкретно, ние бродираме електроника директно в тъкани, използвайки проводими нишки, които наричаме „e-нишки“.
Антена бродерия
Бродирана антена (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Електронните нишки, с които работим, са снопове от усукани полимерни нишки, за да осигурят здравина, всяка с покритие на метална основа за провеждане на електричество. Полимерната сърцевина на всяка нишка обикновено е направена от кевлар или зилон, докато заобикалящото покритие е сребро. След това десетки или дори стотици от тези нишки се усукват заедно, за да образуват един е-нишка, която обикновено е по-малка от половин милиметър.
Тези електронни конци могат лесно да се използват с общо търговско оборудване за бродиране - същите машини за шиене, свързани с компютър, които хората използват всеки ден, за да поставят имената си върху спортни якета и суитчъри. Бронираните антени са леки и също толкова добри, колкото и техните твърди медни колеги, и могат да бъдат толкова сложни, колкото съвременните печатни платки.
Нашите антени за електронни нишки могат дори да се комбинират с обикновени нишки в по-сложни дизайни, като интегриране на антени в фирмени лога или други дизайни. Успяхме да бродираме антени върху тъкани, тънки като органза и дебели като кевлар. Веднъж бродирани, проводниците могат да бъдат свързани към сензори и батерии чрез традиционно запояване или гъвкави връзки, които свързват компоненти.
Досега успяхме 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 до мобилния телефон на потребителя. Направихме също изтривалки и постелки, които следят височината на бебетата до екрана за различни медицински състояния в ранна детска възраст. И направихме сгъваеми антени, които измерват колко повърхност е върху извита или повдигната тъкан.
Преминаване извън антената
Моята лаборатория също работи с други изследователи от щата Охайо, включително химикът Ан Ко и лекарят Чандан Сен, за да направят гъвкави миниатюрни генератори на тъкани.
Отпечатани върху плат, металите могат да генерират енергия. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Ние използваме процес, подобен на мастиленоструен печат, за да поставим редуващи се области на сребърни и цинкови точки върху тъканта. Когато тези метали влязат в контакт с пот, физиологичен разтвор или дори изтичане на течност от рани, среброто действа като положителния електрод, а цинкът служи като отрицателен електрод - и електричеството протича между тях.
Ние сме генерирали малки количества електроенергия само чрез влагане на тъканта - без нужда от допълнителни вериги или компоненти. Това е напълно гъвкав, миещ се източник на енергия, който може да се свърже с друга носима електроника, като елиминира нуждата от конвенционални батерии.
Както заедно, така и поотделно, тази гъвкава, носеща се електроника ще превърне облеклото в свързани, чувствителни, комуникационни устройства, които се свързват добре с тъканта на взаимосвързания 21-ви век.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Асимина Киоурти, асистент по електротехника и компютърна техника, Държавния университет в Охайо
