Acasă > Stiri > Conţinut
Computerele în hainele tale? O piatră de hotar pentru electronice purtabile
Aug 22, 2018

Cercetătorii care lucrează pentru a dezvolta electronice portabile au atins o piatră de hotar: sunt capabili să împletească circuitele în țesătură cu o precizie de 0,1 mm - dimensiunea perfectă pentru integrarea componentelor electronice, cum ar fi senzorii și dispozitivele de memorie de calculator, în îmbrăcăminte.

Cu acest avantaj, cercetătorii de la Universitatea de Stat din Ohio au făcut următorul pas către proiectarea de textile funcționale - haine care adună, stochează sau transmit informații digitale. Cu o dezvoltare ulterioară, tehnologia ar putea duce la cămăși care să acționeze ca antene pentru telefonul sau tableta dvs. inteligentă, haine de antrenament care monitorizează nivelul de fitness, echipamente sportive care monitorizează performanța sportivilor, un bandaj care îi spune medicului cât de bine este țesutul sub el vindecare - sau chiar un capac flexibil de material care sesizează activitatea în creier.

Ultimul element este acela în care investighează John Volakis, directorul Laboratorului ElectroScience de la Ohio State, și cercetătorul științific Asimina Kiourti. Ideea este de a face implanturi cerebrale, care sunt în curs de dezvoltare pentru a trata condițiile de la epilepsie la dependență, mai confortabil prin eliminarea necesității de cabluri externe pe corpul pacientului.

"O revoluție se întâmplă în industria textilă", a spus Volakis, care este și profesorul Roy & Lois Chope, profesor de inginerie electrică la Ohio State. "Credem că textilele funcționale sunt o tehnologie care permite comunicațiilor și senzorilor - și chiar o aplicație medicală, cum ar fi imagistica și monitorizarea sănătății".

Recent, el și Kiourti și-au perfecționat metoda de fabricare patentată pentru a crea prototipuri de îmbrăcăminte la o fracțiune din cost și în jumătate de timp, așa cum au putut doar doi ani în urmă. Cu noi brevete în așteptare, au publicat noile rezultate în jurnalul IEEE Antennas și Wireless Propagation Letters.

În laboratorul lui Volakis, textilele funcționale, numite și "e-textile", sunt create în parte pe o mașină tipică de cusut de masă - pe care artizanii și pasionații de țesături le-ar putea avea acasă. La fel ca și alte mașini moderne de cusut, aceasta îmbracă firul în țesătură în mod automat pe baza unui model încărcat prin intermediul unui fișier de computer. Cercetătorii înlocuiesc firul cu fire fine de metal de argint care, odată brodate, se simt la fel ca firul tradițional la atingere.

"Am început cu o tehnologie care este foarte bine cunoscută - mașină de brodat - și am întrebat cum putem funcționa forme brodate? Cum le facem să transmită semnale pe frecvențe utile, cum ar fi telefoanele mobile sau senzorii de sănătate? ", A spus Volakis. "Acum, pentru prima data, am obtinut acuratetea circuitelor imprimate metalice, asa ca noul nostru scop este sa profitam de precizie pentru a incorpora receptoarele si alte componente electronice".

Forma broderiei determină frecvența de funcționare a antenei sau circuitului, a explicat Kiourti.

Forma unei antene de bandă largă, de exemplu, constă din mai mult de o jumătate de duzină de forme geometrice interconectate, fiecare cu puțin mai mare decât un unghi, care formează un cerc complicat la câțiva centimetri. Fiecare piesă a cercului transmite energie la o frecvență diferită, astfel încât să acopere un spectru larg de energii atunci când lucrează împreună - prin urmare, capacitatea de "bandă largă" a antenei pentru telefonul mobil și accesul la internet.

"Forma determină funcția", a spus ea. "Și niciodată nu știți ce formă veți avea nevoie de la o aplicație la alta. Așadar, am vrut să avem o tehnologie care să poată exersa orice formă pentru orice aplicație. "

Scopul inițial al cercetătorilor, a adăugat Kiourti, a fost doar de a spori cât mai mult precizia broderiei, ceea ce a dus la lucrul cu sârma fină de argint. Dar asta a creat o problemă, deoarece firele fine nu au putut oferi o conductivitate de suprafață la fel de multă ca firele groase. Deci, au trebuit să găsească o modalitate de a lucra firul fin în densități și forme de broderie care ar spori conductivitatea suprafeței și, astfel, performanța antenei / senzorului.

Anterior, cercetătorii au folosit fir de polimer acoperit cu argint, cu diametrul de 0,5 mm, fiecare fir alcătuit din 600 de filamente chiar mai fine răsucite împreună. Noile fire au un diametru de 0,1 mm, realizate cu numai șapte filamente. Fiecare filament este cuprul în centru, smalțit cu argint pur.

Ei achiziționează firul prin bobină la un cost de 3 cenți pe picior; Kiourti a estimat că brodarea unei singure antene de bandă largă, cum este cea menționată mai sus, consumă aproximativ 10 picioare de fir, pentru un cost material de aproximativ 30 de cenți pe antena. Asta este de 24 de ori mai puțin costisitor decât atunci când Volakis și Kiourti au creat antene similare în 2014.

În parte, economiile de costuri provin din utilizarea unui fir mai mic pe broderie. Cercetătorii anterior au trebuit să stivuiască firul mai gros în două straturi, unul pe celălalt, pentru ca antena să poarte un semnal electric suficient de puternic. Dar, prin perfecționarea tehnicii pe care ea și Volakis o dezvoltă, Kiourti a reușit să creeze antene noi, de înaltă precizie, într-un singur strat brodat din firul mai fin. Deci, procesul durează jumătate din timp: doar aproximativ 15 minute pentru antena de bandă largă menționată mai sus.

Ea a inclus, de asemenea, unele tehnici comune pentru fabricarea microelectronicii pentru a adăuga piese la antene și circuite brodate.

O antenă prototip arată ca o spirală și poate fi brodată în îmbrăcăminte pentru a îmbunătăți recepția semnalului telefonului mobil. Un alt prototip, o antenă extensibilă cu un chip integrat de identificare RFID (identificare radio-frecvență) încorporată în cauciuc, ia aplicațiile pentru tehnologia dincolo de îmbrăcăminte. (Ultimul obiect a făcut parte dintr-un studiu făcut pentru un producător de anvelope.)

Cu toate acestea, un alt circuit seamănă cu logo-ul "O" din Ohio State Block, cu un fir neagrator de cărămizie și gri, brodat printre firele de argint "pentru a demonstra că e-textilele pot fi atât decorative, cât și funcționale", a spus Kiourti.

Ele pot fi decorative, dar antenele și circuitele brodate de fapt funcționează. Testele au arătat că o antenă spirală brodată, care măsoară aproximativ șase centimetri pe semnalele transmise la frecvențe de la 1 până la 5 GHz, cu o eficiență aproape perfectă. Performanța sugerează că spirala ar fi bine adaptată la internetul în bandă largă și comunicarea celulară.

Cu alte cuvinte, cămașa de pe spate poate ajuta la creșterea recepției telefonului inteligent sau a tabletei pe care o țineți - sau trimite semnale către dispozitivele dvs. cu date despre performanțele de sănătate sau performanțe atletice.

Lucrarea se potrivește bine cu rolul statului Ohio ca partener fondator al Advanced Functional Fabrics of America Institute, un centru național de resurse de producție pentru industrie și guvern. Noul institut, care se alătură aproximativ 50 de universități și parteneri industriali, a fost anunțat la începutul acestei luni de secretarul american al apărării, Ashton Carter.

Materialele avansate Syscom din Columbus au furnizat firele folosite în lucrările inițiale ale lui Volakis și Kiourti. Firele mai fine folosite în acest studiu au fost achiziționate de la producătorul elvețian Elektrisola. Cercetarea este finantata de National Science Foundation, iar statul Ohio va autoriza tehnologia pentru dezvoltarea ulterioara.

Până atunci, Volakis elaborează o listă de cumpărături pentru următoarea fază a proiectului.

"Vrem o mașină de cusut mai mare", a spus el.

Articolul original vine de la iconnect007