Программируемое ткачество раскрывает потенциал умной ткани

Нижеследующее является частью серии, посвященной интеграции мозга и машин и биомеханическим решениям для восстановления функций тканей, поврежденных болезнью, травмой или временем. Это и предыдущий часть фокусируется на носимых датчиках и их ближайшем и будущем применении.

Новая текстильная электронная система позволит производить интеллектуальные ткани свободной формы в недоступной ранее степени. В нашей предыдущей статье мы обсудили внедрение интеллектуальных носимых датчиков для использования в мониторинге здоровья колена. Хотя индивидуальный вариант использования этих умных наколенников был очень положительным, проблема остается. Крупномасштабное производство умных тканей остается нерешенным. Каждый носимый датчик изготовлен из интеллектуального электронного текстиля, тщательно разработанного в лаборатории. Сравните это со стандартным производством ткани, производящим несколько миллионов тонн в год.

Почему нас должны интересовать умные ткани и носимые технологии? По некоторым из тех же причин мы можем купить новейшие умные часы: удобный мониторинг здоровья и физической формы, включая частоту сердечных сокращений, режимы сна, уровни активности и так далее, оставаясь при этом удобными и даже стильными из качественных материалов. Умные ткани также реализуют невиданный ранее фактор удобства, позволяя заботиться о хорошем самочувствии, не нажимая кнопку в повседневной жизни.

В недавней статье в Наука, Ли и другие. продемонстрировать первый полностью автоматизированный процесс производства электронного текстиля, включая плетение и взаимосвязь полностью работающих текстильных электронных систем с несколькими типами волоконных устройств в одной ткани.

Электронный текстиль может иметь различные волоконные устройства, используемые для различных целей. Как упоминалось ранее, носимый наколенник с датчиком определяет движение колена, как самого сустава, так и окружающих мышц, чтобы отслеживать прогрессирование артрита и других заболеваний.

Ли и другие. сосредоточены на использовании умного текстиля для использования в умной среде. Например, они описывают умный дом с автоматической модуляцией яркости в зависимости от интенсивности солнечного света. Чтобы весь процесс был автоматизирован, для электронных текстильных материалов потребуются фотодетектор, суперконденсатор, полевой транзистор и светоизлучающий диод с квантовыми точками, встроенные в ткань. Каждая из них должна быть гибкой, достаточно тонкой, чтобы ее можно было сплести, и достаточно прочной, чтобы выдержать испытание временем.

Для использования в одном, не говоря уже о тысячах, должна быть установлена ​​автоматизированная система ткачества. Ли и другие. продемонстрировать двухэтапный процесс производства электронного текстиля. Во-первых, само плетение ведется программируемым плетением, переплетая электронные компоненты со стандартным материалом.

После сплетения электронные компоненты материала остаются разъединенными. Соединения достигаются путем припайки серебряного клея к точкам соединения и отверждения инфракрасным лазером.

Полученный «умный» материал выдерживает растягивающее усилие до 600 меганьютонов и электрическое сопротивление примерно 55 мОм после 10 000 циклов. Другими словами, их умная ткань могла выдержать силу, вызванную весом более 300 синих китов, и электрическое сопротивление, более чем в 20 раз превышающее электрическое сопротивление домашней медной проводки.

Ли и другие.Светомодулирующий электронный текстиль состоит из четырех фаз: (i) холостой ход, (ii) восприятие, (iii) контроль и (iv) выход. Бездействие — это когда солнечные ультрафиолеты не обнаруживаются, а свет выключен. Зондирование — это обнаружение ультрафиолетового излучения, генерирующего выходной ток, который становится входным сигналом для волокна контроллера. Контроль – это когда подается ток. Наконец, выход – это когда квантовые светодиоды активируются и модулируются в зависимости от обнаруженной степени ультрафиолетового излучения.

Когда солнце не светит, свет выключен, так как предполагается, что сейчас ночь. Когда светит солнце, но с низким ультрафиолетовым излучением по утрам и вечерам, свет ярче, так как для проведения занятий требуется больше света. Когда уровень ультрафиолетового излучения наиболее высок в течение дня, освещение приглушается для экономии энергии.

Пока Ли и другие. Обратите внимание, что их интеллектуальная ткань, обнаруживающая свет, может найти множество оптоэлектронных приложений, таких как хранение и перераспределение солнечной энергии. Именно их программируемое ткацкое производство имеет широкий потенциал. В более крупных масштабах «умные» ткани можно использовать во многих областях, таких как физиотерапия, как обсуждалось с «умным» коленным бандажом, а также в мониторинге качества окружающей среды, управлении отходами, смягчении последствий загрязнения, картировании окружающей среды или точном земледелии.

Умные ткани могут использоваться в индивидуальном масштабе, например, для обнаружения падений одиноких пожилых людей, или в промышленных масштабах, когда умные халаты в больницах контролируют пациентов гораздо менее инвазивным образом.

Возможности умных тканей ограничены только тем, сколько мы можем произвести, и нашим собственным воображением. Мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как эти революционные технологии внедряются в нашу повседневную жизнь раньше, чем позже.

Чтобы узнать больше об этой серии, посетите сайт www.williamhaseltine.com