Etusivu > Uutiset > Sisältö
Tietokoneita vaatteissasi? Milestone Wearable Electronics
Aug 22, 2018

Tutkijat, jotka työskentelevät kehittävän pukeutuneen elektronisen sävyn saavuttamiseksi, ovat saavuttaneet virstanpylvään: He pystyvät kirjoimaan piirejä kudoksiin 0,1 mm: n tarkkuudella - täydellinen koko elektroniikkakomponenttien kuten antureiden ja tietokoneiden muistilaitteiden integroimiseksi vaatetukseen.

Tämän edistymisen myötä Ohio State Universityn tutkijat ovat ryhtyneet seuraaviin askelin kohti digitaalisten tietojen keräämistä, tallentamista tai lähettämistä käsittelevien toiminnallisten tekstiili-vaatteiden suunnittelua. Jatkokehityksen myötä tekniikka voi johtaa vaatteisiin, jotka toimivat älypuhelimesi tai -tabletin antenneina, kuntoilutasosi seurantaan, urheilijan suorituskykyä valvovaan urheiluvälineistöön, sidokseen, joka kertoo lääkärille, kuinka hyvin sen alla oleva kudos on parantavaa tai jopa joustavaa kankaan korkkia, joka aistii aktiivisuutta aivoissa.

Viimeinen asia on se, että Ohio State -yhtiön ElectroScience-laboratorion johtaja John Volakis ja tutkija Asimina Kiourti tutkivat. Ajatuksena on tehdä aivojen implantteja, jotka ovat kehitteillä epilepsian riippuvuussuhteiden hoitamiseksi, mukavampaa poistamalla ulkopuolisen johdotuksen tarvetta potilaan kehossa.

"Vallankumous tapahtuu tekstiiliteollisuudessa", Volakis, joka on myös Roy & Lois Chope puheenjohtaja sähkötekniikan professori Ohio State. "Uskomme, että funktionaaliset tekstiilit ovat viestintä- ja sensurointitekniikka, ja yksi päivä jopa lääketieteellisiä sovelluksia, kuten kuvantamisen ja terveyden seurantaa."

Viime aikoina hän ja Kiourti jalostivat patentoidun valmistusmenetelmänsä prototyyppien kulutettavuuden muodostamiseksi murto-osalla kustannuksista ja puolet ajasta, koska ne olivat vain kaksi vuotta sitten. Uusien patenttien ollessa vireillä julkaistiin uudet tulokset IEEE Antennas ja Wireless Propagation Letters -lehdessä.

Volakisin laboratoriossa toiminnalliset tekstiilit, joita kutsutaan myös "e-tekstiileiksi", luodaan osittain tyypilliselle pöydän ompelukoneelle - sellaista, jolla kangas käsityöläisillä ja harrastajilla saattaa olla kotona. Kuten muut modernit ompelukoneet, se kiristää lanka kangasta automaattisesti perustuen kuvioon ladattu tietokoneen tiedosto. Tutkijat korvaavat lanka hienoilla hopeametallilangoilla, jotka, kun ne ovat brodeerattuja, tuntevat samanlaisen kuin perinteiset langat kosketukseen.

"Aloitimme teknologialla, joka on hyvin tunnettua konekirjontaa - ja kysyimme, kuinka me pystymme funktionaamaan koruommellut muodot? Miten saamme heidät lähettämään signaaleja hyödyllisillä taajuuksilla, kuten matkapuhelimille tai terveysantureille? "Volakis sanoi. "Nyt olemme ensimmäistä kertaa saavuttaneet painettujen piirilevyjen tarkkuuden, joten uusi tavoite on hyödyntää tarkkuutta vastaanottajien ja muiden elektronisten komponenttien yhdistämiseen."

Kirjonta muodostaa antennin tai piirin toiminnan taajuuden, kertoi Kiourti.

Esimerkiksi yhden laajakaista-antennin muoto koostuu yli puoli tusinaa lukittavista geometrisista muodoista, joista kukin on hieman isompi kuin kynsi, jotka muodostavat monimutkaisen ympyrän muutaman tuumaa pitkin. Jokainen ympyrän osa siirtää energiaa eri taajuudella, niin että ne kattavat laajan kirjon energiaa yhteistyössä - siis antennin "laajakaistaisen" kapasiteetin matkapuhelimelle ja internetyhteydelle.

"Muoto määrittelee toiminnon", hän sanoi. "Etkä oikeastaan tiedä, millaista muotoa tarvitset sovelluksesta toiseen. Joten halusimme saada tekniikan, joka voisi sekoittaa minkä tahansa muodon mihin tahansa sovellukseen. "

Tutkijoiden alkuperäinen tavoite, lisäsi Kiourti, oli vain lisätä kirjontaprosessin tarkkuutta niin paljon kuin mahdollista, mikä edellytti hieno hopealankaa. Mutta se aiheutti ongelman, sillä hienot johdot eivät voineet tarjota yhtä paljon pintajohtokykyä kuin paksut johdot. Niinpä heidän piti etsiä tapa käyttää hienoa lankaa kirjontapaksuuteen ja muotoihin, jotka parantaisivat pintajohtavuutta ja siten antennin / anturin suorituskykyä.

Aiemmin tutkijat olivat käyttäneet hopeapäällystettyä polymeeriketjua, jonka läpimitta oli 0,5 mm, ja jokainen lanka koostui 600 hienommasta filamentista, jotka oli kierretty yhteen. Uusilla kierteillä on halkaisija 0,1 mm, valmistettu vain seitsemällä filamentilla. Jokainen filamentti on kupari keskellä, emaloitu puhtaalla hopealla.

Ne ostavat langan kelalla 3 senttiä per jalka; Kiourti arvioi, että yhden edellä mainitun kaltaisen laajakaistaisen antennin kirjontatentti kuluttaa noin 10 jalkaa lankaa, mikä maksaa noin 30 senttiä antennia kohden. Se on 24 kertaa edullisempi kuin Volakis ja Kiourti loivat samanlaisia antenneja vuonna 2014.

Osittain kustannussäästöjä syntyy käyttämällä vähemmän lankaa kirjontaa kohden. Tutkijoiden aiemmin piti paksumman langan päälle kahdessa kerroksessa, toinen päällekkäin, jotta antennilla olisi riittävän vahva sähköinen signaali. Mutta jalosttamalla tekniikkaa, jota hän ja Volakis kehittivät, Kiourti pystyi luomaan uudet, korkean tarkkuuden antennit vain yhdelle brodeerattua kerrosta hienompaan lankaan. Nyt prosessi kestää puoli kertaa: vain noin 15 minuuttia yllä mainituista laajakaista-antenneista.

Hän on myös sisällyttänyt eräitä mikroelektroniikan valmistamiseen käytettäviä tekniikoita lisäämällä osia kirjailluille antenneille ja piireille.

Yksi prototyyppinen antenni näyttää spiraalilta, ja sitä voidaan kirjoilla vaatteisiin parantamaan matkapuhelimen signaalin vastaanottoa. Toinen prototyyppi, joustava antenni, jossa on integroitu kumiin integroitu RFID (radiofrekvenssitunnistus) siru, vie teknologian sovellukset vaatteiden lisäksi. (Tämä jälkimmäinen kohde oli osa rengasvalmistajalle tehtyä tutkimusta.)

Vielä yksi piiri muistuttaa Ohio State Block "O" -logoa, jossa ei-johtavassa punaisena ja harmaana lanka, joka on kirjoittanut hopeajohtojen kesken "osoittamaan, että e-tekstiilit voivat olla sekä koristeellisia että toimivia", Kiourti sanoi.

Ne voivat olla koristeellisia, mutta brodeeratut antennit ja piirit todella toimivat. Testit osoittivat, että kirjotettu spiraaliantenni, joka on noin kuusi tuumaa lähetettyjen signaalien yli 1-5 GHz taajuuksilla lähes täydellisellä tehokkuudella. Suorituskyky viittaa siihen, että spiraali soveltuu hyvin laajakaistain ja solukkoyhteyteen.

Toisin sanoen takapuolella oleva paita voisi auttaa lisäämään älypuhelimen tai tabletin vastaanottamista - tai lähetä signaaleja laitteisiin, joilla on terveydellisiä tai urheilullisia suorituskykytietoja.

Työskentely sopii hyvin Ohio Staten rooliin edistyneiden toimintojen kankaiden America Institute -yrityksen, joka on kansallinen teollisuuden ja hallinnon tuotantoresurssikeskus. Uusi instituutti, joka liittyy noin 50 yliopistoon ja teollisuuskumppaniin, ilmoitti aiemmin tässä kuussa Yhdysvaltain puolustusministeri Ashton Carter.

Columbusin Syscom Advanced Materials tarjosi Volakiksessa ja Kiourtin alustuksessa käytettävät kierteet. Tässä tutkimuksessa käytettyjä hienompia lankoja ostettiin Sveitsin valmistajalta Elektrisola. Tutkimusta rahoittaa Kansallinen tiedesäätiö ja Ohio State lisensoi teknologian jatkokehitykseen.

Siihen saakka Volakis tekee ostoslista seuraavan hankkeen vaiheelle.

"Haluamme isomman ompelukoneen," hän sanoi.

Alkuperäinen artikkeli tulee iconnect007: stä