Arheoloogia näitab, et inimesed hakkasid riideid kandma umbes 170 000 aastat tagasi, väga lähedal teisele-viimasele jääajale. Isegi praegu kannavad enamik tänapäevaseid inimesi riideid, mis erinevad varasematest rõivastest vaid vaevu. Kuid see on muutumas, kuna paindlik elektroonika on üha enam kootud nn nutikangaks.
Paljud neist on juba müügil, näiteks säärised, mis pakuvad jooga hõlpsamaks vibratsiooni, mängija jõudlust jälgivad T-särgid ja pulssi jälgivad spordirinnahoidjad. Nutikatel kangastel on potentsiaalselt paljulubavaid kasutusvõimalusi tervishoius (patsientide pulsi ja vererõhu mõõtmisel), kaitses (sõdurite tervise ja aktiivsuse jälgimisel), autodes (istmete temperatuuri reguleerimine reisijatele mugavamaks muutmiseks) ja isegi nutikates linnades (lastes märkidel suhelda) möödujatega).
Ideaalis on nende rõivaste elektroonilised komponendid - andurid, antennid andmete edastamiseks ja patareid toiteallikana - väikesed, elastsed ja nende kandjatele märkamata. See kehtib tänapäeval andurite kohta, millest paljud on isegi masinas pestavad. Kuid enamik antenne ja akusid on jäigad ja mitte veekindlad, seetõttu tuleb need enne pesemist riietest lahti võtta.
Minu töö Ohio osariigi ülikooli ElectroScience laboris on suunatud antennide ja toiteallikate valmistamisele, mis on võrdselt paindlikud ja pestavad. Täpsemalt, tikkime elektroonikat otse kangasse juhtivate niitide abil, mida me kutsume “e-niitideks”.
Antenni tikandid
Tikitud antenn (ElectroScience Lab, CC BY-ND) E-niidid, millega me töötame, on keermestatud polümeerfilamentide kimbud tugevuse tagamiseks, mõlemal on elektri juhtimiseks metallipõhine kate. Iga hõõgniidi polümeerituum on tavaliselt valmistatud Kevlarist või Zylonist, ümbritsev kate on hõbedane. Seejärel keerutatakse neid filamente kümneid või isegi sadu kokku, moodustades ühe e-niidi, mille ristlõige on tavaliselt vähem kui pool millimeetrit.
Neid e-niite saab hõlpsasti kasutada tavaliste kommertslike tikkimisseadmetega - samade arvutiga ühendatud tikkimismasinatega, mida inimesed kasutavad iga päev oma nimede kandmiseks spordijakkidele ja dressipluusidele. Tikitud antennid on kerged ja täpselt sama head kui nende jäigad vasest kollektorid ning võivad olla sama keerukad kui tipptasemel trükkplaadid.
Meie e-niidi antenne saab isegi tavaliste keermetega kombineerida keerukamate kujundustega, näiteks integreerides antennid ettevõtte logodesse või muudesse kujundustesse. Oleme saanud tikkida antennid nii õhukesele kui organzale ja nii paksule kui Kevlari kangale. Pärast tikkimist saab juhtmeid ühendada andurite ja akudega traditsioonilise jootmise või elastsete ühenduste abil, mis ühendavad komponendid omavahel.
Siiani oleme suutnud luua nutimütse, mis loeksid sügavaid aju signaale Parkinsoni tõve või epilepsiaga patsientide jaoks. Oleme tikitud antennidega T-särgid, mis laiendavad WiFi-signaalide ulatust kasutaja mobiiltelefonile. Valmistasime ka matid ja voodilinad, mis jälgivad imikute kõrgust, et ekraanil uurida mitmesuguseid varases lapsepõlves esinevaid tervisehäireid. Ja me oleme teinud kokkupandavaid antenne, mis mõõdavad, kui palju pinda kangas on painutatud või üles tõstetud.
Antennist kaugemale liikumine
Minu labor teeb koostööd ka teiste Ohio osariigi teadlastega, sealhulgas keemik Anne Co ja arst Chandan Sen, et valmistada paindlikke kangapõhiseid miniatuurseid elektrigeneraatoreid.
Kangale trükitud metallid võivad energiat toota. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Hõbe- ja tsingipunktide vahelduvate piirkondade kangale asetamiseks kasutame sarnaselt tindiprinterimisele sellist protsessi. Kui need metallid puutuvad kokku haavade higiga, soolalahusega või isegi vedelikuga, toimib hõbe positiivse elektroodina ja tsink negatiivse elektroodina - ja nende vahel voolab elekter.
Oleme tootnud väikese koguse elektrit lihtsalt kanga niiskeks muutmisega - ilma vajaduseta täiendavate vooluringide või komponentide järele. See on täielikult painduv, pestav jõuallikas, mida saab ühendada muu kantava elektroonikaga, välistades vajaduse tavapäraste akude järele.
Nii koos kui ka eraldi muudavad need elastsed, kantavad elektroonikad rõivaste ühendatud, sensori- ja sidevahenditeks, mis sobivad hästi omavahel ühendatud 21. sajandi kangaga.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
Asimina Kiourti, Ohio Riikliku Ülikooli elektri- ja arvutitehnika abiprofessor
