Elektronisk uld til at tage bærbar teknologi fra catwalken til din garderobe

Ingeniører træder kredsløb i tøj for at skabe komfortable enheder, der kan gøre elektronisk mode til tekstilindustriens fremtid.

Smarte tekstiler, hvor elektronik er inkorporeret i stoffer, har eksisteret i nogen tid, fra sensorbelagte skjorter, der holder dig kølig, til kjoler pakket med lysdioder. På trods af disse nyskabelser, selv den mest målbevidste kunde ville kæmpe for at finde denne form for mode på high street.

Dr. Ana Neves, en forsker fra University of Exeter i Storbritannien, der har specialiseret sig i bærbar elektronik, synes omfangsrigt design er delvis skyld i det.

"Brugeren skal føle sig godt tilpas, "sagde hun." De fleste smarte tekstiler er stadig afhængige af at integrere konventionel elektronik i tekstiler, fastgør dem til overfladen og fjern dem, når tekstilet skal vaskes. "

Som en del af E-TEX projektet Dr. Neves og hendes kolleger bruger en anden strategi, ved at bygge enheder direkte ind i fibrene i tekstiler ved hjælp af fleksible og lette komponenter. En t-shirt, for eksempel, kunne være designet til at overvåge bærerens hjerteslag uden behov for integreret elektronik.

Ideen til projektet opstod i 2014, da Dr. Neves udviklede en teknik til at få tekstilfibre til at lede elektricitet ved at belægge dem med grafen. Hun besluttede derefter at anvende metoden til at inkorporere elektronik i tøj.

Grafens egenskaber er ideelle til brug i tekstiler. Halvmetallet er kun et par atomer tykke, gør det ekstremt let, og den kan bøjes og endda strækkes, mens den forbliver robust. Det er også gennemsigtigt, hvilket gør den velegnet til lysemitterende displays.

Desuden, påføring af en belægning på stoffer skal være let at integrere i eksisterende tøjproduktion. "Hvis vi blot tilføjer et trin eller to, chancerne for, at denne type teknologi bliver taget i brug, vil være betydeligt større, end hvis vi fortæller en producent, at de skal omformulere deres produktionslinjer fuldstændigt, sagde Dr. Neves.

Glød

Indtil nu, teamet har bygget en type stofdisplay ved hjælp af lysemitterende materialer. Ved at lægge dopet zinksulfid mellem to lag grafen - som fungerer som ledere - fik forskerne det til at lyse.

De inkorporerede derefter dette set-up i en række fibre, struktureret som et vævet tekstil, at skabe et stof, hvor skæringspunktet mellem fibre lyste op som pixels, når det blev tilsluttet en strømkilde. Ændring af de lysemitterende materialer giver forskellige farver.

"Den kan bruges til at gøre en frakke eller en rygsæk synlig på afstand, "sagde Dr. Neves." F.eks. hvis et barn går tabt, aktivering af de lysemitterende fibre ville øge synligheden, hjælpe søge- og redningshold til at få øje på dem fra en helikopter. "

I fremtiden, E-TEX-teamet håber at høste energi fra en persons bevægelser, så stofferne kan være selvdrevne. Som fleksibel, plast solceller bliver mere effektive, de kunne også inkorporeres som en strømkilde.

Ifølge Henry Yi Li, professor i tekstilvidenskab og teknik fra University of Manchester, Storbritannien, 'e-tekstiler er blevet et af hovedfokuserne inden for bærbar teknologi. "

Men et af problemerne med at integrere elektronik i tøj er at forbinde dem alle sammen. Traditionelle ledninger er omfangsrige og passer ikke problemfrit ind i stoffet. Prof. Li er en del af et projekt kaldet ETexWeld, som forsøger bedre at inkorporere elektroniske komponenter såsom sensorer, kredsløb, apps og stikkontakter i tøjet.

Han og hans kolleger starter fra firkant et. "Vi udvikler elektroniske komponenter ved at starte med garn eller individuelle fibre, " han sagde.

Forskerne har eksperimenteret med forskellige strategier, der enten kan bruges alene eller kombineres. Udvikling af ledende fibre og garn er en løsning, da mikroelektroniske komponenter og kredsløb derefter kan væves, strikket, syet eller broderet i stoffet. Udskrivning af ledende blæk på et tekstil er en anden mulighed.

Vaskbar

En af de store udfordringer er at beskytte elektronikken, så den kan vaskes og tåler sved og fugt, samt de mekaniske belastninger og belastninger på grund af kropsbevægelse og fysiske aktiviteter.

"Elektroniske elementer og forbindelsesledninger kan indkapsles og beskyttes ved svejsning af isoleringsbånd og/eller broderiteknikker, "sagde prof. Li.

Projektets fokus har hidtil været at lave en smart uniform til brandmand, der integrerer den krævede funktionalitet, mens der slukkes. For det, sensorer er nødvendige for at måle temperatur og fugtighed, mens en brandmands placering og bevægelse også skal videresendes til andre medlemmer af teamet - og det skal kommunikeres trådløst.

Teamet har udviklet en algoritme, der kan afgøre, om en brandmand er i fare eller ej ved at integrere data indsamlet fra forskellige dele af dragten. Det kan også forudsige, om visse arbejdsmønstre sandsynligvis vil være risikable.

Projektet involverer et internationalt team, med medlemmer i Tyrkiet, Grækenland, Frankrig, England, Slovenien, Taiwan og Hong Kong, hvilket har givet den mulighed for at udnytte ekspertisen i hver region. I Taiwan og Hong Kong, for eksempel, virksomheder producerer og sælger allerede e-tekstilprodukter.

"Samarbejdet hjælper os bestemt med at gå fra laboratoriearbejde til at udvikle kommercielle prototyper, "sagde prof. Li.