Dom > Novice > Vsebine
Računalniki v vaši obleki? Milestone za nosljive elektronike
Aug 22, 2018

Raziskovalci, ki se ukvarjajo z razvijanjem nosljive elektronike, so dosegli mejnik: sposobni so vezati v tkanino z natančnostjo 0,1 mm - idealna velikost za integracijo elektronskih komponent, kot so senzorji in računalniške pomnilniške naprave, v oblačila.

S tem napredkom so raziskovalci Ohio State University naredili naslednji korak k oblikovanju funkcionalnih tekstilij - oblačil, ki zbirajo, shranjujejo ali prenašajo digitalne informacije. Z nadaljnjim razvojem lahko ta tehnologija vodi do srajc, ki delujejo kot antene za vaš pametni telefon ali tablični računalnik, oblačila za treninge, ki spremljajo vašo stopnjo telesne pripravljenosti, športno opremo, ki spremlja uspešnost športnikov, povoj, ki vašemu zdravniku pove, kako dobro tkivo pod njim zdravljenje ali celo prožno tkanino, ki zaznava aktivnost v možganih.

Ta zadnja točka je tista, ki jo preiskuje John Volakis, direktor Laboratorija ElectroScience v državi Ohio in znanstveni znanstvenik Asimina Kiourti. Ideja je izdelati možganske vsadke, ki so v razvoju, da bi zdravili razmere od epilepsije do odvisnosti, bolj udobno z odpravo potrebe po zunanjem ožičenju na telesu pacienta.

"Revolucija se dogaja v tekstilni industriji," je dejal Volakis, ki je tudi profesor Roy & Lois Chope profesor elektrotehnike v državi Ohio. "Verjamemo, da so funkcionalni tekstili omogočajo tehnologijo za komunikacijo in zaznavanje - in nekega dne celo medicinske aplikacije, kot so slikanje in spremljanje zdravja."

V zadnjem času sta s podjetjem Kiourti izpopolnila svojo patentirano metodo izdelave, da bi ustvarila prototipne nosilne predmete, in sicer del stroškov in polovico časa, kot bi lahko šele pred dvema letoma. Z novimi patenti so objavili nove rezultate v reviji IEEE Antennas in Wireless Propagation Letters.

V laboratoriju Volakis so funkcionalni tekstilni izdelki, imenovani tudi "e-tekstil", delno ustvarjeni s tipičnim namiznim šivalnim strojem - takšnim, ki bi jih lahko oblekli tkanine in hobi domačine. Tako kot drugi sodobni šivalni stroji samodejno vezujejo nit v tkanino na osnovi vzorca, naloženega preko računalniške datoteke. Raziskovalci nadomestijo nit s finimi srebrnimi kovinskimi žicami, ki se po vezenju počutijo enako kot tradicionalna nit na dotik.

"Začeli smo s tehnologijo, ki je zelo dobro znana - strojno vezenje - in vprašali smo, kako lahko funkcionaliziramo vezene oblike? Kako jih naredimo, da oddajajo signale na uporabnih frekvencah, kot so mobilni telefoni ali zdravstveni senzorji? «Je dejal Volakis. "Zdaj smo prvič dosegli natančnost tiskanih plošč kovinskih vezij, zato je naš novi cilj izkoristiti natančnost pri vključevanju sprejemnikov in drugih elektronskih komponent."

Oblika vezenja določa frekvenco delovanja antene ali vezja, pojasnjuje Kiourti.

Oblika ene širokopasovne antene, na primer, je sestavljena iz več kot pol ducata geometrijskih oblik, ki se prepletajo, vsaka nekoliko večja od nohta, ki tvorijo zapleten krog nekaj centimetrov. Vsak kos kroga prenaša energijo na drugačni frekvenci, tako da med delom skupaj pokriva širok spekter energije - torej "širokopasovna" zmogljivost antene za dostop do mobilnega telefona in interneta.

"Oblika določa funkcijo," je rekla. "In nikoli ne veste, kakšno obliko boste potrebovali od ene do druge vloge. Zato smo želeli imeti tehnologijo, ki bi lahko za vsako aplikacijo izklesala vsako obliko. "

Dodal je, da je prvotni cilj raziskovalcev, Kiourti, povečal natančnost vezenja, kolikor je mogoče, kar je zahtevalo delo s fino srebrno žico. Toda to je ustvarilo težavo, v tem, da fine žice ne bi mogle zagotoviti toliko površinske prevodnosti kot debele žice. Zato so morali najti način za fino nit v gostoti vez in oblik, ki bi povečali prevodnost površine in s tem učinkovitost antene / senzorja.

V preteklosti so raziskovalci uporabili polimerni navoj s srebrno prevleko s premerom 0,5 mm, pri čemer je bil vsak navoj sestavljen iz 600 še finih nitk, zvitih skupaj. Novi navoji so premera 0,1 mm, izdelani samo s sedmimi filamenti. Vsaka žarilna nitka je v središču bakra, emajlirana s čistem srebrom.

Žico kupijo z matico, ki znaša 3 cente na nogo; Kiourti je ocenil, da vezenje ene širokopasovne antene, kot je zgoraj omenjeno, porabi okoli 10 čevljev navojev, za materialno ceno okoli 30 centov na anteno. To je 24-krat cenejše, kot ko sta Volakis in Kiourti leta 2014 ustvarila podobne antene.

Deloma prihranki pri primanjkljaju prihajajo iz uporabe manj niti na vezenje. Raziskovalcem je bilo treba predhodno zložiti debelejši niti v dve plasti, eden na vrhu drugega, da bi antena imela dovolj močan električni signal. Toda z izpopolnjevanjem tehnike, ki so jo razvili z Volakisom, je Kiourti uspel ustvariti nove, visoko natančne antene v samo eni vezeni plasti finše nitke. Zdaj proces traja polovico časa: le približno 15 minut za zgoraj omenjeno širokopasovno anteno.

Prav tako je vključila nekaj tehnik, ki so skupne proizvodnji mikroelektronike, da bi dodali dele v vezene antene in vezja.

En prototip antene izgleda kot spirala in se lahko v oblačila poveže za izboljšanje sprejema signala mobilnega telefona. Še en prototip, raztegljiva antena z integriranim čipom RFID (radiofrekvenčna identifikacija), ki je vgrajen v gumo, se nanaša na tehnologijo, ki presega oblačila. (Zadnji objekt je bil del študije, opravljene za proizvajalca pnevmatik.)

Še en vezje je podoben logotipu Ohio State Block "O" z neprevodnim škrlatnim in sivim navojem, vezanim med srebrne žice ", da bi dokazali, da so lahko e-tekstili dekorativni in funkcionalni," je dejal Kiourti.

Lahko so dekorativni, vendar vezane antene in vezja dejansko delujejo. Preizkusi so pokazali, da je vezana spiralna antena merjena približno šest centimetrov prek prenesenih signalov na frekvencah od 1 do 5 GHz s skoraj popolno učinkovitostjo. Predstava kaže, da bi bila spirala zelo primerna za širokopasovni internet in celično komunikacijo.

Z drugimi besedami, majica na hrbtu bi lahko pripomogla k večjemu sprejemu pametnega telefona ali tabličnega računalnika, ki ga držite - ali pošljite signale na svoje naprave z zdravstvenimi ali atletskimi podatki o zmogljivosti.

Delo se dobro ujema z vlogo države Ohio kot ustanovnega partnerja Instituta Advanced Functional Fabrics of America, nacionalnega proizvodnega resursnega centra za industrijo in vlado. Novega inštituta, ki združuje približno 50 univerz in industrijskih partnerjev, je ameriški obrambni minister Ashton Carter v začetku tega meseca napovedal.

Syscom Advanced Materials v Columbusu je zagotovil navoje, uporabljene v začetnem delu Volakisa in Kiourti. Najboljše niti v tej študiji so kupili švicarski proizvajalec Elektrisola. Raziskovanje financira Nacionalna znanstvena fundacija, država Ohio pa bo dovolila tehnologijo za nadaljnji razvoj.

Do takrat Volakis pripravlja seznam nakupov za naslednjo fazo projekta.

"Želimo večji šivalni stroj," je dejal.

Prvotni članek prihaja iz ikone