Domov > Novinky > Obsah
Počítače vo vašom oblečení? Míľnik pre nositeľnú elektroniku
Aug 22, 2018

Výskumníci, ktorí pracujú na vývoji nositeľnej elektroniky, dosiahli míľnik: sú schopní vyšívať obvody do textílie s presnosťou 0,1 mm - dokonalú veľkosť na integráciu elektronických komponentov, ako sú senzory a pamäťové zariadenia počítača, do odevov.

S týmto pokrokom urobili výskumníci z Ohio State University ďalší krok smerom k dizajnu funkčných textílií - odevov, ktoré zhromažďujú, ukladajú alebo prenášajú digitálne informácie. Pri ďalšom vývoji by táto technológia mohla viesť k košele, ktorá bude pôsobiť ako anténa pre váš inteligentný telefón alebo tablet, oblečenie na cvičenie, ktoré monitoruje vašu fyzickú úroveň, športové vybavenie, ktoré monitoruje výkon športovcov, obväz, ktorý informuje svojho lekára o tom, ako dobre je tkanivo pod ňou hojenie - alebo dokonca flexibilné tkaninové viečko, ktoré sníma činnosť v mozgu.

Táto posledná položka je otázka, ktorú vyšetruje John Volakis, riaditeľ laboratória ElectroScience v štáte Ohio a vedecký pracovník Asimina Kiourti. Cieľom je vytvoriť mozgové implantáty, ktoré sa vyvíjajú na liečbu stavov od epilepsie až po závislosť, pohodlnejšie tým, že eliminuje potrebu vonkajšieho zapojenia na tele pacienta.

"Revolúcia sa deje v textilnom priemysle," povedal Volakis, ktorý je tiež profesorom elektrotechniky Roy & Lois Chope v štáte Ohio. "Veríme, že funkčné textílie sú schopnosťou komunikácie a snímania - a jedného dňa aj medicínske aplikácie, ako je zobrazovanie a monitorovanie zdravia."

V poslednej dobe on a Kiourti zdokonalili svoju patentovanú výrobnú metódu, aby vytvorili prototyp nositeľov za zlomok nákladov av polovici času, ako to mohli len pred dvoma rokmi. Vďaka novým patentom sa publikovali nové výsledky v denníku IEEE Antennas a Wireless Propagation Letters.

V laboratóriu spoločnosti Volakis sa funkčné textílie, tiež nazývané "e-textil", vytvárajú zvyčajne na typickom stolovom šijacom stroji - takom, aký môžu mať domáci remeselníci a fabrikári. Rovnako ako ostatné moderné šijacie stroje, vyšíva vlákno do textílie automaticky na základe vzorky naloženého prostredníctvom počítačového súboru. Výskumníci nahradia vlákno jemnými striebornými kovovými drôtmi, ktoré sa po vyšívaní cítia rovnako ako tradičné vlákna na dotyk.

"Začali sme s technológiou, ktorá je veľmi známa - strojové vyšívanie - a spýtali sme sa, ako môžeme funkčnosť vyšívaných tvarov? Ako ich robíme prenášať signály na užitočných frekvenciách, ako sú mobilné telefóny alebo zdravotnícke senzory? "Povedal Volakis. "Teraz sme po prvýkrát dosiahli presnosť tlačených dosiek s kovovými obvodmi, takže našim novým cieľom je využiť výhody presnosti na zabudovanie prijímačov a iných elektronických komponentov."

Tvar výšivky určuje frekvenciu prevádzky antény alebo obvodu, vysvetlil Kiourti.

Napríklad tvar širokopásmovej antény pozostáva z viac ako pol tuctu spojovacích geometrických tvarov, z ktorých každý je o niečo väčší ako necht, ktorý tvorí zložitý kruh niekoľko centimetrov naprieč. Každý kúsok kruhu prenáša energiu s inou frekvenciou, takže pokrýva široké spektrum energií, keď pracuje spoločne - z toho vyplýva "širokopásmová" schopnosť antény na mobilný telefón a prístup na internet.

"Tvar určuje funkciu," povedala. "A nikdy neviete, aký tvar budete potrebovať od jednej aplikácie k druhej. Takže sme chceli mať technológiu, ktorá by mohla vylepšiť akýkoľvek tvar pre každú aplikáciu. "

Pôvodný cieľ výskumných pracovníkov, dodal Kiourti, bolo len čo najviac zvýšiť presnosť vyšívania, čo si vyžiadalo prácu s jemným strieborným drôtom. Ale to spôsobilo problém, pretože jemné drôty nemohli poskytnúť toľko povrchovej vodivosti ako hrubé drôty. Takže museli nájsť spôsob, ako pracovať s jemnou niťou na výšivkách a tvaroch, ktoré by zvýšili povrchovú vodivosť a tým výkon antény / senzora.

Predtým výskumníci použili polymérnu niť potiahnutú striebrom s priemerom 0,5 mm, každé vlákno pozostávalo zo 600 dokonca jemných vlákien, ktoré sa krútili spolu. Nové vlákna majú priemer 0,1 mm, vyrobené len zo siedmich vlákien. Každé vlákno je v strede medi, smaltované čistým striebrom.

Zakúpia drôt za cievku za cenu 3 centov za päsť; Kiourti odhaduje, že vyšívanie jednej širokopásmovej antény, ako je vyššie uvedená, spotrebováva približne 10 stôp nite, za materiálové náklady okolo 30 centov na anténu. To je 24 krát lacnejšie, než keď Volakis a Kiourti vytvorili podobné antény v roku 2014.

Úspory nákladov čiastočne vyplývajú z použitia menšieho vlákna na vyšívanie. Výskumníci už predtým museli nahradiť silnejší závit v dvoch vrstvách, jeden na druhom, aby anténa niesla dostatočne silný elektrický signál. Ale vylepšením techniky, ktorú vyvinuli s Volakisom, Kiourti dokázala vytvoriť nové, vysoko presné antény iba v jednej vyšívanej vrstve jemnejšej nite. Takže tento proces trvá polovicu času: len asi 15 minút pre vyššie uvedenú širokopásmovú anténu.

Je tiež zahrnutá niektoré techniky spoločné pre výrobu mikroelektroniky pridať časti vyšívané antény a obvody.

Jedna prototypová anténa vyzerá ako špirála a môže byť vyšívaná do oblečenia, aby sa zlepšila príjem signálu mobilného telefónu. Ďalší prototyp, roztiahnuteľná anténa s integrovaným čipom RFID (rádiofrekvenčná identifikácia), vložená do gumy, využíva technológie mimo oblečenie. (Posledný predmet bol súčasťou štúdie vykonanej pre výrobcu pneumatík.)

Ešte ďalší okruh sa podobá logu Ohio State Block "O", s nevodivou šarlátovou a šedou niťou vyšívanou medzi striebornými drôtmi ", aby dokázali, že e-textil môže byť dekoratívny aj funkčný," povedal Kiourti.

Môžu byť dekoratívne, ale vyšívané antény a obvody skutočne fungujú. Testy ukázali, že vyšívaná špirálová anténa merajúca približne šesť centimetrov naprieč prenášanými signálmi na frekvenciách od 1 do 5 GHz s takmer dokonalou účinnosťou. Výkon naznačuje, že špirála by bola vhodná pre širokopásmový internet a bunkovú komunikáciu.

Inými slovami, košela na chrbte môže pomôcť zvýšiť príjem chytrého telefónu alebo tabletu, ktorú držíte, alebo odosielať signály do vašich zariadení so zdravotnými alebo atletickými údajmi o výkonnosti.

Práca je v súlade s úlohou štátu Ohio ako zakladajúceho partnera združenia Advanced Functional Fabrics of America Institute, národného výrobného centra pre priemysel a vládu. Nový inštitút, ktorý spája približne 50 univerzít a priemyselných partnerov, bol vyhlásený začiatkom tohto mesiaca americkým ministra obrany Ashtonom Carterom.

Syscom Advanced Materials v Columbuse poskytli vlákna použité v prvom diele Volakisa a Kiourtiho. Menej jemné vlákna používané v tejto štúdii boli zakúpené od švajčiarskeho výrobcu Elektrisola. Výskum je financovaný z Národnej vedeckej nadácie a štát Ohio bude licencovať technológie pre ďalší vývoj.

Do tej doby Volakis vyhotovuje nákupný zoznam pre ďalšiu fázu projektu.

"Chceme väčší šijací stroj," povedal.

Originálny článok pochádza z ikonyne007