Благодаря этому исследователи Государственного Университета Огайо предприняли следующий шаг в сторону разработки функционального текстиля – одежды, которая собирает, хранит и передает цифровую информацию. С дальнейшим развитием данная технология может привести к рубашкам, которые функционируют как антенна для вашего смартфона или планшета, спортивным костюмам, которые отслеживают вашу фитнес нагрузку, спортивному снаряжению, которое контролирует эффективность тренировок спортсмена, бандажам, которые говорят вашему доктору, как хорошо заживают ткани под ним – или даже гибкая тканевая шапочка, которая чувствует мозговую активность.
Именно последнее изучают Джон Волакис (John Volakis), директор Электронной научной лаборатории в Университете Огайо, и ученый-исследователь Асимина Киурти (Asimina Kiourti). Идея заключается в создании мозговых имплантатов, которые разрабатываются для лечения заболеваний от эпилепсии до наркомании, и будут более комфортабельные за счет отсутствия внешних проводов на теле пациента.
«В текстильной промышленности происходит настоящая революция», - говорит Волакис, который также является профессором электронной инженерии на кафедре Roy & Lois Chope в Университете Огайо. «Мы верим, что функциональный текстиль – это высокоэффективная технология для коммуникаций и восприятия – и даже для медицинских устройств, таких как изображение и наблюдение за состоянием здоровья».
Не так давно он и Киурти доработали их запатентованный производственный метод создания прототипов носимой электроники за меньшую стоимость и в два раза быстрее, чем они могли это делать два года назад. С новыми патентами они опубликовали новые результаты в журналах IEEE Antennas и Wireless Propagation Letters.
В лаборатории Волакиса функциональный текстиль, также называемый е-текстиль, частично создается на стандартной настольной швейной машинке – такой, какая есть дома у большинства любителей кройки и шитья. Как и большинство современных швейных машинок, она вышивает нить по ткани автоматически, основываясь на данных, загруженных с помощью компьютерного файла. Ученые заменили нить тонкими серебряными проводами, которые, будучи пришитыми на материал, совершенно не отличаются на ощупь от обычной нити.
«Мы начали с очень известной технологии – машинная вышивка – и мы задали вопрос, как мы может функционализировать формы вышивки? Как мы можем заставить их передавать сигналы на полезных частотах, как для сотовых телефонов или датчиков здоровья?», - говорит Волакис. «Сейчас для начала мы достигли точности металлических печатных плат, и наша новая цель – воспользоваться преимуществом этой точности для внедрения ресиверов и других электронных компонентов».
Форма вышивки определяет частоту действия антенны или схемы, объясняет Киурти.
Например, форма одной широкополосной антенны состоит из более, чем полдюжины взаимосвязанных геометрических фигур, каждая немного больше, чем ноготь пальца, что формирует сложный круг диаметром несколько дюймов. Каждый кусочек этого круга передает энергию на различной частоте так, что они покрывают широкий спектр энергий, когда работают вместе – таким образом достигается «широкополосная» способность антенны для сотовых телефонов и доступа в интернет.
«Форма определяет функцию», - говорит она. «И вы никогда не знаете, какая форма вам нужна от одного устройства к другому. Поэтому мы хотим создать технологию, которая сможет вышивать любую форму для любого устройства».
Первичной целью исследователей, добавляет Киурти, было просто увеличить точность вышивки насколько это возможно, что вызвало необходимость работы с тонкой серебряной проволокой. Но это создало проблему, так как тонкая проволока не может обеспечить такую поверхностную проводимость, как толстая. Поэтому пришлось искать способ работы с тонкой нитью за счет плотности вышивки и ее формы, что могло обеспечить поверхностную проводимость, и, следовательно, функцию антенны/сенсора.
Раньше ученые использовали полимерную нить, покрытую серебром диаметром 0,5 мм, каждая нить была сделана из 600 еще более тонких нитей, скрученных вместе. Новые нити имеют диаметр 0,1 мм и сделаны только из семи тонких нитей. Каждая из этих тонких нитей медная в центре и покрыта чистым серебром.
Они покупают проволоку в катушках по цене 3 цента за фут; Киурти оценивает, что на вышивку одной широкополосной антенны, которая была описана выше, необходимо 10 футов нити, то есть стоимость материала составит около 30 центов на одну антенну. Это в 24 раза дешевле, чем подобные антенны, созданные Волакисом и Киурти в 2014 году.
Частично экономия идет от использования меньшего количества нити на вышивку. Раньше ученым приходилось делать два слоя вышивки из более толстой нити, один слой поверх другого для того, чтобы антенна могла нести достаточно сильный электрический сигнал. Но с усовершенствованием технологии, которое разработали Волакис и Киурти, они смогли создать новую высокоточную антенну всего лишь с одним слоем вышивки более тонкой нитью. Таким образом теперь процесс занимает в два раза меньше времени: всего лишь около 15 минут на вышивку широкополосной антенны, описанной выше.
Киурти также внедрила некоторые технологии, обычные для производства микроэлектроники для добавления деталей на вышитые антенны и схемы.
Одна пробная антенна выглядит как спираль и может быть вышита на одежде для улучшения приема сигнала мобильного телефона. Другой прототип – растяжимая антенна с встроенным чипом RFID (радиочастотная идентификация), встроенная в резину, несет устройства для технологии, выходящей за пределы одежды. Данная антенна была частью исследования, проведенного для производителя шин.
Еще одна схема напоминает логотип Университета Огайо букву «О» с непроводящими алой и серой нитями, вышитыми между серебряной проволокой «для демонстрации того, что е-текстиль может быть и функциональным, и декоративным», - говорит Киурти.
Они могут быть декоративными, но вышитые антенны и схемы действительно работают. Тесты показывают, что вышитая спиральная антенна приблизительно шести дюймов в поперечнике, передает сигналы на частоте от 1 до 5 Гц с почти идеальной эффективностью. Эта эффективность предполагает, что подобные спирали хорошо подойдут для широкополосного интернета и сотовых коммуникаций.
Другими словами, футболка на вашей спине может помочь улучшить прием смартфона или планшета, которые вы держите в руке – или отправлять сигналы на ваши устройства с данными о здоровье или выполненной спортивной нагрузке.
Эта работа прекрасно вписывается в роль Университета Огайо в качестве партнера-основателя Передовых функциональных тканей в Институте Америки, национальном производственном центре ресурсов для промышленности и правительства. Новый институт, который объединяет 50 университетов и промышленных партнеров, был представлен в этом месяце Министром обороны США Эштоном Картером.
Передовые материалы Syscom в Коламбусе предоставляют нити, используемые Волакисом и Киурти и их работе. Более тонкие нити, используемые в этом исследовании, были куплены у швейцарского производителя Elektrisola. Исследование финансирует Национальное научной объединение, и Университет Огайо будет лицензировать данную технологию для дальнейших разработок.
А пока Волакис составляет список покупок для следующего этапа проекта.
«Мы хотим швейную машинку побольше», - говорит он.
Источник: iconnect007.com