A régészet rámutat arra, hogy az emberek körülbelül 170 000 évvel ezelőtt kezdtek ruhát viselni, nagyon közel a második és az utolsó jégkorszakhoz. Még most is, a legtöbb modern ember olyan ruhát visel, amely alig különbözik a legkorábbi ruháktól. De ez megváltozik, mivel a rugalmas elektronikát egyre inkább beleszövik az úgynevezett „intelligens szövetekbe”.
Ezek közül sok már megvásárolható, például lábszárvédők, amelyek enyhe vibrációt nyújtanak a könnyebb jóga érdekében, pólók, amelyek nyomon követik a játékosok teljesítményét, és sport melltartók, amelyek figyelemmel kísérik a pulzusszámot. Az intelligens szövetek potenciálisan ígéretes felhasználást jelentenek az egészségügyben (a betegek pulzusának és vérnyomásának mérése), a védekezésben (a katonák egészségének és aktivitásának ellenőrzése), az autókban (az ülés hőmérsékletének beállítása az utasok kényelmesebbé tétele érdekében) és még az intelligens városokban is (ha a táblák kommunikálnak járókelőkkel).
Ideális esetben ezeknek a ruháknak az elektronikus alkatrészei - érzékelők, antennák az adatok továbbításához és az akkumulátorok áramellátás céljából - kicsik, rugalmasak és viselõik nagyrészt nem veszik észre. Ez ma igaz az érzékelőkre, amelyek közül sokan még moshatóak is. A legtöbb antenna és elem azonban merev és nem vízálló, ezért mosás előtt le kell választani a ruházattól.
Az Ohio Állami Egyetem ElectroScience laboratóriumában végzett munkám célja, hogy antennákat és áramforrásokat hozzon létre, amelyek ugyanolyan rugalmasak és moshatók. Pontosabban, az elektronikát közvetlenül a szövetekbe hímzzük, vezetőképes szálakkal, amelyeket „e-szálaknak” hívunk.
Antenna hímzés
Hímzett antenna (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Az e-szálak, amelyekkel dolgozunk, csavart polimer szálakból állnak, hogy szilárdságot biztosítsanak, mindegyik fém alapú bevonattal rendelkezik az áramvezetéshez. Az egyes szálak polimermaga általában Kevlarból vagy Zylonból készül, míg a környező bevonat ezüst. Ezeket a szálakat több tíz vagy akár több száz is összecsavarva egy e-szálot alkot, amelynek keresztmetszete általában kevesebb, mint fél milliméter.
Ezek az e-szálak könnyen használhatók a közönséges hímzőberendezésekkel - ugyanazokkal a számítógéphez csatlakoztatott öltésgépekkel, amelyeket az emberek minden nap használnak, hogy nevüket sport-dzsekikre és pulóverekre helyezzék. A hímzett antennák könnyűek és ugyanolyan jók, mint merev réz társaik, és annyira bonyolultak lehetnek, mint a legkorszerűbb nyomtatott áramköri lapok.
E-szál-antennáink a szokásos szálakkal kombinálhatók még bonyolultabb kivitelben is, például az antennák integrálása a vállalati logókba vagy más tervekbe. Az antennákat képesek voltunk hímezni olyan vékony, mint organza és vastag szövetekre, mint a Kevlar. A hímzés után a vezetékeket hagyományos forrasztással vagy rugalmas összekapcsolásokkal az érzékelőkhöz és az elemekhez lehet csatlakoztatni, amelyek összekapcsolják az alkatrészeket.
Eddig képesek voltunk olyan intelligens kalapokat létrehozni, amelyek mély agyi jeleket olvasnak a Parkinson-kórban vagy epilepsziában szenvedő betegek számára. Hímzett pólókat készítettünk antennákkal, amelyek kiterjesztik a Wi-Fi jelek tartományát a viselő mobiltelefonjára. Készítettünk olyan szőnyegeket és ágyneműket is, amelyek figyelik a csecsemők magasságát a korai gyermekkori egészségi állapotra. Összecsukható antennákat készítettünk, amelyek megmérik, hogy a szövet melyik felületén hajlik vagy emelkedik fel.
Az antennán túl haladunk
Laboratóriumom más Ohio állam kutatóival, köztük Anne Co kémikussal és Chandan Sen orvossal is dolgozik, hogy rugalmas, szövet alapú miniatűr áramfejlesztőket készítsenek.
Szövetre nyomtatva a fémek energiát termelhetnek. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Olyan eljárást alkalmazunk, mint a tintasugaras nyomtatás, hogy az ezüst- és cink-pontok váltakozó régióit helyezze a szövetre. Amikor ezek a fémek izzadságokkal, sóoldattal vagy akár folyadékkiürüléssel érintkeznek a sebekből, az ezüst pozitív elektródként hat, a cink pedig negatív elektródaként működik - és az áram áramlik közöttük.
Kis mennyiségű villamos energiát hoztunk létre azáltal, hogy nedvesítjük az anyagot - további áramkörök vagy alkatrészek nélkül. Ez egy teljesen rugalmas, mosható energiaforrás, amely csatlakoztatható más hordható elektronikához, megszüntetve a hagyományos elemek szükségességét.
Ezek a rugalmas, hordható elektronika együttesen és külön-külön átalakítják a ruházatot összekapcsolt, érzékelő, kommunikáló eszközökké, amelyek jól illeszkednek az összekapcsolt 21. század szövetéhez.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Asimina Kiourti, az elektromos és számítógépes mérnöki asszisztens professzora, az Ohio State University
