Domů > Novinky > Obsah
Počítače ve vašem oblečení? Milestone pro elektrotechniku
Aug 22, 2018

Výzkumníci, kteří pracují na vývoji nositelných elektronik, dosáhli milníku: jsou schopni vyšívat obvody do textilií s přesností 0,1 mm - ideální velikost pro integraci elektronických součástek, jako jsou senzory a počítačová paměťová zařízení, do oblečení.

Díky tomuto pokroku provedli výzkumníci z Ohio State University další krok směrem k návrhu funkčních textilií - oblečení, které shromažďují, ukládají nebo předávají digitální informace. Při dalším vývoji by tato technologie mohla vést k košilkám, které se chovají jako antény pro váš chytrý telefon nebo tablet, cvičební oděvy, které monitorují vaši fitness úroveň, sportovní vybavení, které monitoruje výkon sportovce, obvaz, který řekne lékaři, jak dobře je tkáň pod ním hojení - nebo dokonce ohebný uzávěr látky, který pociťuje činnost v mozku.

Poslední věc, kterou vyšetřuje John Volakis, ředitel laboratoře ElectroScience v Ohio State a vědecký pracovník Asimina Kiourti. Cílem je vytvořit mozkové implantáty, které se vyvíjejí k léčbě epilepsie od závislosti, více pohodlně tím, že eliminuje potřebu vnějších kabelů na těle pacienta.

"Revoluce se děje v textilním průmyslu," uvedl Volakis, který je také profesorem Roy & Lois Chope Chair profesorem elektrotechniky ve státě Ohio. "Věříme, že funkční textilie je technologií umožňující komunikaci a snímání - a jednoho dne i lékařské aplikace, jako je zobrazování a monitorování zdraví."

V poslední době on a Kiourti vylepšili svou patentovanou metodu výroby, aby vytvořili prototyp nositelů za zlomek nákladů a za polovinu času, jak to mohli jen před dvěma lety. S novými patenty proběhly nové výsledky v časopisech IEEE Antennas a Wireless Propagation Letters.

Ve Volakisově laboratoři jsou funkční textilie, také nazývané "e-textilie", vytvořeny zčásti na typickém stolním šicím stroji - takový, jaký mohou mít doma řemeslníci a fandové. Stejně jako u ostatních moderních šicích strojů vyšívá vlákno do tkaniny automaticky na základě vzoru vloženého přes počítačový soubor. Vědci nahradí vlákno jemnými stříbrnými kovovými drátkami, které se po vyšívání cítí stejně jako tradiční nit na dotek.

"Začali jsme technologií, která je velmi dobře známá - strojová vyšívání - a zeptali jsme se, jak lze funkčně vyšívat vyšívané tvary? Jak je přimějeme, aby přenášely signály na užitečných frekvencích, jako jsou mobilní telefony nebo zdravotní senzory? "Řekl Volakis. "Nyní jsme poprvé dosáhli přesnosti tištěných desek s kovovými obvody, takže našim novým cílem je využít výhody přesné integrace přijímačů a dalších elektronických součástek."

Tvar výšivky určuje frekvenci provozu antény nebo obvodu, vysvětlil Kiourti.

Například tvar jedné širokopásmové antény se skládá z více než půl tuctu vzájemně propojených geometrických tvarů, z nichž každý je o něco větší než nehet, které tvoří složitý kruh o několik centimetrů napříč. Každá část kruhu přenáší energii na jinou frekvenci, takže pokrývá široké spektrum energií při práci společně - tudíž i "širokopásmové" schopnosti antény pro mobilní telefony a přístup k internetu.

"Tvar určuje funkci," řekla. "A nikdy opravdu nevíte, jaký tvar budete potřebovat od jedné aplikace k další. Takže jsme chtěli mít technologii, která by mohla vylepšit libovolný tvar pro každou aplikaci. "

Původní cíl výzkumných pracovníků, dodal Kiourti, bylo pouze co nejvíce zvýšit přesnost výšivky, což vyžadovalo práci s jemným stříbrným drátem. To však způsobilo problém, protože jemné dráty nemohly poskytnout tolik vodivosti povrchu jako tlusté dráty. Takže museli najít způsob, jak pracovat s jemným vláknem na výšivkách a tvarech, které by zvýšily povrchovou vodivost a tím i výkon antény / snímače.

Předtím vědci používali stříbrnou polymerem se závitem o průměru 0,5 mm, každé vlákno bylo vyrobeno ze 600 dokonce jemnějších nekonečných vláken. Nové závity mají průměr 0,1 mm, vyrobené pouze se sedmi vlákny. Každé vlákno je středem mědi, smaltované čistým stříbrem.

Kupují drát za cívku za cenu 3 centů za metr; Kiourti odhaduje, že vyšívání jedné širokopásmové antény, jako je výše zmíněná, spotřebovává asi 10 stop niti, a to za materiálové náklady kolem 30 centů na anténu. To je 24krát levnější než když Volakis a Kiourti vytvořili podobné antény v roce 2014.

Úspory nákladů částečně plynou z použití menšího počtu vláken na výšivku. Vědci již dříve museli skládat tlustší vlákno ve dvou vrstvách, jedna nad druhou, aby anténa měla dostatečně silný elektrický signál. Ale tím, že vylepšila techniku, kterou vyvíjeli s Volakisem, Kiourti dokázala vytvořit nové, vysoce přesné antény pouze v jedné vyšívané vrstvě jemnější nitě. Takže tento proces trvá polovinu času: pouze asi 15 minut pro výše uvedenou širokopásmovou anténu.

Je také začleněna některé techniky společné pro výrobu mikroelektroniky přidat části vyšívané antény a obvody.

Jedna prototypová anténa vypadá jako spirála a může být vyšívaná do oděvu pro zlepšení příjmu signálu mobilního telefonu. Další prototyp, roztažitelná anténa s integrovaným čipem RFID (radiofrekvenční identifikace), zabudovaným do pryže, využívá technologii, která nepatří k oblečení. (Druhý cíl byl součástí studie provedené pro výrobce pneumatik.)

Další obvod se podobá logu Ohio State Block "O" s nevodivou šarlatovou a šedou nití vyšívanou mezi stříbrnými dráty ", aby dokázal, že e-textil může být jak dekorativní, tak funkční," řekl Kiourti.

Mohou být dekorativní, ale vyšívané antény a obvody skutečně fungují. Z testů vyplynulo, že vyšívaná spirálová anténa s rozměrem přibližně 6 palců napříč vysílanými signály na frekvencích 1 až 5 GHz s téměř dokonalou účinností. Výkon naznačuje, že spirála bude vhodná pro širokopásmový internet a mobilní komunikaci.

Jinými slovy, košile na zádech by mohly pomoci zvýšit příjem chytrého telefonu nebo tabletu, který držíte, nebo posílat signály vašim zařízením se zdravotními nebo atletickými údaji o výkonu.

Práce je v souladu s úlohou společnosti Ohio State jako zakládajícího partnera institutu Advanced Functional Fabrics of America Institute, což je národní výrobní středisko pro průmysl a vládu. Nový institut, který se připojuje k přibližně 50 univerzitám a průmyslovým partnerům, byl oznámen tento měsíc ministrem obrany USA Ashtonem Carterem.

Syscom Advanced Materials v Columbusu poskytly vlákna používané v počáteční práci Volakise a Kiourti. Jemnější vlákna používané v této studii byly zakoupeny od švýcarského výrobce Elektrisola. Výzkum je financován Národní vědeckou nadací a stát Ohio udělí licenci pro další vývoj.

Do té doby Volakis připravuje nákupní seznam pro další fázi projektu.

"Chceme větší šicí stroj," řekl.

Původní článek pochází z ikonku007