Главная > Новости > Содержание
Компьютеры в вашей одежде? Этап для носящей электроники
Aug 22, 2018

Исследователи, которые работают над созданием пригодной для переноски электроники, достигли важной вехи: они могут вышивать цепи в ткани с точностью 0,1 мм - идеальный размер для интеграции электронных компонентов, таких как датчики и устройства памяти компьютера, в одежду.

С этим успехом исследователи из Университета штата Огайо сделали следующий шаг к разработке функциональных текстильных изделий, которые собирают, хранят или передают цифровую информацию. С дальнейшим развитием технология может привести к появлению рубашек, которые выступают в качестве антенн для вашего смартфона или планшета, тренировочной одежды, которая контролирует ваш фитнес-уровень, спортивное оборудование, которое контролирует производительность спортсменов, повязку, которая сообщает вашему врачу, насколько хорошо ткань под ним исцеление или даже гибкую тканевую крышку, которая ощущает активность в мозге.

Этот последний пункт - это тот, который расследует Джон Волакис, директор Лаборатории электрофизики штата Огайо, и исследователь Азимина Киурти. Идея состоит в том, чтобы сделать мозговые имплантаты, которые находятся в стадии разработки, для лечения состояний от эпилепсии к наркомании, более комфортно, устраняя необходимость в внешней проводке на теле пациента.

«Революция происходит в текстильной промышленности, - сказал Волакис, который также является профессором электротехники в штате Огайо Рой и Лоис Хоуп. «Мы считаем, что функциональный текстиль - это технология, обеспечивающая связь и восприятие - и в один прекрасный день даже медицинские приложения, такие как визуализация и мониторинг состояния здоровья».

Недавно он и Kiourti уточнили свой запатентованный метод изготовления, чтобы создать прототипы для ношения на часть стоимости и в половине случаев, поскольку они могли только два года назад. Когда новые патенты находятся на рассмотрении, они опубликовали новые результаты в журнале IEEE Antennas и Wireless Propagation Letters.

В лаборатории Volakis функциональный текстиль, также называемый «электронным текстилем», частично создан на типичной настольной швейной машине - такой, какой могут быть у ремесленников ткани и любителей. Как и другие современные швейные машины, он вышивает нить в ткани автоматически на основе шаблона, загружаемого через компьютерный файл. Исследователи заменяют нить тонкой серебряной металлической проволокой, которая, будучи однажды вышитой, ощущает то же, что и традиционная нить на ощупь.

«Мы начали с технологии, которая очень хорошо известна - машинная вышивка, - и мы спросили, как мы можем функционировать вышитые формы? Как заставить их передавать сигналы на полезных частотах, например, для сотовых телефонов или датчиков здоровья? »- сказал Волакис. «Теперь, впервые, мы достигли точности печатных печатных плат, поэтому наша новая цель - использовать точность для включения приемников и других электронных компонентов».

Форма вышивки определяет частоту работы антенны или схемы, объяснил Киурти.

Например, форма одной широкополосной антенны состоит из более чем полудюжины взаимосвязанных геометрических фигур, каждая из которых немного больше, чем ногти, которые образуют сложный круг на несколько дюймов в поперечнике. Каждый кусок круга передает энергию на другой частоте, так что они охватывают широкий спектр энергий при совместной работе - отсюда и «широкополосная» способность антенны для сотового телефона и доступа в Интернет.

«Форма определяет функцию», - сказала она. «И вы никогда не знаете, какую форму вам потребуется от одного приложения к другому. Поэтому мы хотели иметь технологию, которая могла бы вышивать любую форму для любого приложения ».

Первоначальная цель исследователей, добавленная Киорти, заключалась в том, чтобы максимально увеличить точность вышивки, что потребовало работы с тонкой серебряной проволокой. Но это создало проблему, поскольку тонкие провода не могли обеспечить столько же поверхностной проводимости, как толстые провода. Поэтому им пришлось найти способ работать тонкой нитью с плотностью и формами вышивания, что повысило бы проводимость поверхности и, следовательно, производительность антенны / датчика.

Раньше исследователи использовали серебряную полимерную нить с диаметром 0,5 мм, каждая из которых состояла из 600 даже более тонких нитей, скрученных вместе. Новые нити имеют диаметр 0,1 мм, выполненный только из семи нитей. Каждая нить медь находится в центре, эмалированная чистым серебром.

Они покупают проволоку катушкой по цене 3 цента за фут; По словам Киурти, вышивание одной широкополосной антенны, такой как упомянутая выше, потребляет около 10 футов нити, при стоимости материала около 30 центов на антенну. Это в 24 раза дешевле, чем когда Volakis и Kiourti создали аналогичные антенны в 2014 году.

В частности, экономия средств достигается за счет использования меньшего количества нитей на вышивку. Ранее исследователям приходилось складывать более толстую нить в два слоя, один поверх другого, чтобы антенна имела достаточно сильный электрический сигнал. Но, уточнив технику, разработанную ею и Волакисом, Киури смог создать новые высокоточные антенны только в одном вышитом слое тонкой нити. Итак, теперь процесс занимает половину времени: всего около 15 минут для широкополосной антенны, упомянутой выше.

Она также включила некоторые методы, общие для производства микроэлектроники, для добавления деталей в вышитые антенны и схемы.

Одна прототипная антенна выглядит как спираль и может быть вышита в одежде для улучшения приема сигнала сотового телефона. Другой прототип, растяжимая антенна с интегрированной микросхемой RFID (радиочастотная идентификация), встроенная в резину, принимает приложения для технологии, выходящей за пределы одежды. (Последний объект был частью исследования, сделанного для производителя шин).

Еще одна схема напоминает логотип «О» штата Огайо с непроводящей алой и серой нитью, вышитой среди серебряных проводов, «чтобы продемонстрировать, что электронные текстильные изделия могут быть как декоративными, так и функциональными», - сказал Киурти.

Они могут быть декоративными, но на самом деле работают вышитые антенны и схемы. Тесты показали, что вышитая спиральная антенна, измеряющая приблизительно шесть дюймов в поперечном направлении передаваемых сигналов на частотах от 1 до 5 ГГц с почти идеальной эффективностью. Производительность говорит о том, что спираль хорошо подходит для широкополосного интернета и сотовой связи.

Другими словами, рубашка на спине может помочь увеличить прием смартфона или планшета, который вы держите, или отправить сигналы на свои устройства с данными о работоспособности или атлетике.

Эта работа хорошо сочетается с ролью штата Огайо в качестве партнера-основателя Advanced Functional Fabrics of America Institute, национального производственного ресурсного центра промышленности и правительства. Новый институт, который объединяет около 50 университетов и промышленных партнеров, был объявлен ранее в этом месяце министром обороны США Эштоном Картером.

Syscom Advanced Materials в Колумбусе предоставила нити, используемые в начальных работах Волакиса и Киурти. Более тонкие нитки, используемые в этом исследовании, были приобретены у швейцарского производителя Elektrisola. Исследование финансируется Национальным научным фондом, а штат Огайо будет лицензировать технологию для дальнейшего развития.

До этого Волакис составляет список покупок для следующего этапа проекта.

«Нам нужна более широкая швейная машина», - сказал он.

Оригинальная статья взята из iconnect007