Arheologija razkriva, da so ljudje začeli nositi oblačila pred približno 170.000 leti, zelo blizu druge do zadnje ledene dobe. Tudi zdaj večina sodobnih ljudi nosi oblačila, ki se le malo razlikujejo od tistih najzgodnejših oblačil. Toda to se bo spremenilo, saj se prilagodljiva elektronika čedalje bolj vtika v tako imenovane pametne tkanine.
Veliko teh je že na voljo za nakup, na primer gamaše, ki zagotavljajo nežne vibracije za lažjo jogo, majice, ki spremljajo delovanje igralcev, in športni nedrčki, ki spremljajo srčni utrip. Pametne tkanine potencialno obetajo uporabo v zdravstvu (merjenje srčnega utripa in krvnega tlaka pacientov), obrambi (spremljanje vojakovega zdravja in ravni aktivnosti), avtomobilih (prilagajanje temperature sedežev, da bodo potniki bolj udobni) in celo v pametnih mestih (prepuščanje znakov komuniciranju pri mimoidočih).
V idealnem primeru bodo elektronske komponente teh oblačil - senzorji, antene za prenos podatkov in baterije za napajanje - majhne, prožne in v glavnem neopažene s strani njihovih uporabnikov. To danes velja za senzorje, med katerimi jih je veliko pralnih. Toda večina anten in baterij je togih in niso vodoodporne, zato jih je treba pred pranjem sleči od oblačil.
Moje delo v Laboratoriju za elektroznanost na univerzi Ohio State ima za cilj narediti antene in vire energije, ki so enako prilagodljivi in pralni. Natančneje, vdelamo elektroniko neposredno v tkanine s pomočjo prevodnih niti, ki jim rečemo "e-niti".
Antenna vezenje
Vezena antena (ElectroScience Lab, CC BY-ND) E-nitke, s katerimi delamo, so snopi zvitimi polimernimi nitkami, ki zagotavljajo trdnost, vsaka s prevleko na kovinskem premazu, ki vodi elektriko. Polimerno jedro vsake nitke je običajno izdelano iz Kevlarja ali Najlona, okoliška prevleka pa je srebrna. Na desetine ali celo sto teh nitk se nato zvije skupaj, da tvorijo en sam e-nit, ki je običajno manjši od pol milimetra.
Te e-niti je mogoče enostavno uporabljati s skupno komercialno opremo za vezenje - istimi računalniško povezanimi stroji za šivanje, ki jih ljudje uporabljajo vsak dan, da svoje ime naložijo na športne jopiče in jopice. Vezene antene so lahke in enako dobre kot njihovi togi bakreni kolegi in so lahko enako zapletene kot najsodobnejše plošče s tiskanimi vezji.
Naše antene za e-nitke lahko celo kombiniramo z običajnimi nitmi v bolj zapletenih izvedbah, kot je vključevanje antene v korporativne logotipe ali druge oblike. Na tkanine smo lahko vtisnili antene, tanke kot organza in debele kot Kevlar. Ko so žice vezane, lahko priključite na senzorje in akumulatorje s tradicionalnim spajkanjem ali fleksibilnimi medsebojnimi povezavami, ki komponente povežejo skupaj.
Do zdaj smo lahko ustvarili pametne klobuke, ki berejo globoke možganske signale za bolnike s Parkinsonovo boleznijo ali epilepsijo. Imamo vezene majice z antenami, ki širijo obseg Wi-Fi signalov na uporabnikov mobilni telefon. Izdelali smo tudi predpražnike in posteljnino, ki spremljajo višino dojenčkov na zaslonu za vrsto zdravstvenih stanj v zgodnjem otroštvu. Naredili smo zložljive antene, ki merijo, koliko površine se je tkanina upognila ali dvignila.
Premik onkraj antene
Moj laboratorij sodeluje tudi z drugimi raziskovalci zvezne države Ohio, vključno s kemičarko Anne Co in zdravnikom Chandanom Senom, da bi izdelali prožne miniaturne generatorje na tkanini.
Kovine, natisnjene na tkanini, lahko ustvarijo moč. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Uporabljamo postopek, podoben brizgalnemu tiskanju, da na tkanino namestimo izmenične predele srebra in cinka. Ko te kovine pridejo v stik z znojem, fiziološko raztopino ali celo tekočino iz rane, srebro deluje kot pozitivna elektroda, cink pa kot negativna elektroda - med njima teče elektrika.
Majhne količine električne energije smo ustvarili samo tako, da je tkanina vlažna - brez potrebe po dodatnih vezjih ali sestavnih delih. To je popolnoma prilagodljiv vir energije, ki se lahko opere, ki se lahko poveže z drugo nosljivo elektroniko in tako odpravi potrebo po običajnih baterijah.
Tako fleksibilna, nosljiva elektronika bo skupaj in posamično spremenila oblačila v povezane, zaznavne, komunikacijske naprave, ki se dobro povežejo s tkanino medsebojno povezanih 21. stoletja.
Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru.
Asimina Kiourti, docentka za elektrotehniko in računalniški inženiring na Državni univerzi Ohio
