Археология показывает, что люди начали носить одежду около 170 000 лет назад, очень близко ко второму или последнему ледниковому периоду. Тем не менее, даже сейчас большинство современных людей носят одежду, которая едва отличается от той самой ранней одежды. Но это скоро изменится, поскольку гибкая электроника все больше вплетается в так называемые «умные ткани».
Многие из них уже доступны для покупки, такие как леггинсы, которые обеспечивают мягкие вибрации для легкой йоги, футболки, которые отслеживают производительность игрока, и спортивные бюстгальтеры, которые контролируют частоту сердечных сокращений. Умные ткани имеют многообещающее применение в здравоохранении (измерение частоты сердечных сокращений и артериального давления пациентов), в обороне (мониторинг состояния здоровья и активности солдат), в автомобилях (регулировка температуры сидений для удобства пассажиров) и даже в «умных» городах (позволяя знакам общаться с прохожими).
В идеале электронные компоненты этой одежды - датчики, антенны для передачи данных и батареи для подачи энергии - должны быть небольшими, гибкими и в значительной степени незамеченными для их владельцев. Это верно сегодня для датчиков, многие из которых можно стирать в машине. Но большинство антенн и батарей являются жесткими и не водонепроницаемыми, поэтому перед стиркой их необходимо снять с одежды.
Моя работа в лаборатории ElectroScience при Университете штата Огайо направлена на то, чтобы сделать антенны и источники питания одинаково гибкими и моющимися. В частности, мы вышиваем электронику непосредственно в ткани, используя проводящие нити, которые мы называем «электронными нитями».
Антенная вышивка
Вышитая антенна (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Электронные нити, с которыми мы работаем, представляют собой пучки крученых полимерных нитей для обеспечения прочности, каждая из которых имеет металлическое покрытие для проведения электричества. Полимерное ядро каждой нити обычно изготавливается из кевлара или цилона, а окружающее покрытие - серебро. Десятки или даже сотни этих нитей затем скручиваются вместе, образуя единую электронную нить, длина которой обычно составляет менее половины миллиметра.
Эти электронные нити можно легко использовать с обычным коммерческим вышивальным оборудованием - теми же швейными машинами, подключенными к компьютеру, которые люди используют каждый день, чтобы нанести свои имена на спортивные куртки и толстовки. Вышитые антенны легкие и такие же хорошие, как их жесткие медные аналоги, и могут быть такими же сложными, как и современные печатные платы.
Наши антенны с электронным потоком могут даже комбинироваться с обычными нитями в более сложных конструкциях, таких как интеграция антенн в корпоративные логотипы или другие конструкции. Нам удалось вышить антенны на тканях, таких же тонких, как органза, и таких же толстых, как кевлар. После вышивания провода могут быть подключены к датчикам и батареям с помощью традиционной пайки или гибких соединений, которые соединяют компоненты вместе.
До сих пор нам удавалось создавать умные шляпы, которые читают глубокие сигналы мозга для пациентов с болезнью Паркинсона или эпилепсией. Мы вышили футболки с антеннами, которые расширяют диапазон сигналов Wi-Fi на мобильный телефон владельца. Мы также изготавливали коврики и простыни, которые контролируют рост младенцев, чтобы выявить ряд заболеваний раннего детства. И мы сделали складные антенны, которые измеряют, насколько поверхность согнута или приподнята.
Выход за пределы антенны
Моя лаборатория также работает с другими исследователями штата Огайо, в том числе с химиком Анн Ко и врачом Чанданом Сеном, над созданием гибких миниатюрных генераторов энергии на основе ткани.
Отпечатанные на ткани металлы могут генерировать энергию. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Мы используем процесс, очень похожий на струйную печать, чтобы разместить чередующиеся области серебряных и цинковых точек на ткани. Когда эти металлы вступают в контакт с выделениями пота, физиологического раствора или даже жидкости из ран, серебро действует как положительный электрод, а цинк служит отрицательным электродом - и между ними протекает электричество.
Мы выработали небольшое количество электроэнергии, просто намочив ткань - без необходимости каких-либо дополнительных цепей или компонентов. Это полностью гибкий моющийся источник питания, который можно подключать к другой носимой электронике, что устраняет необходимость в обычных батареях.
И вместе, и по отдельности, эта гибкая носимая электроника превратит одежду в подключенные, чувствительные, связывающие устройства, которые хорошо сочетаются с тканью взаимосвязанного 21-го века.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Асимина Киурти, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, Государственный университет Огайо
