Archeologie odhaluje, že lidé začali nosit oblečení asi před 170 000 lety, velmi blízko ke druhé ledové době. I dnes však většina moderních lidí nosí oblečení, které se jen stěží liší od těch nejranějších oděvů. Ale to se chystá změnit, protože flexibilní elektronika se stále více tká do toho, čemu se říká „inteligentní textilie“.
Mnoho z nich je již možné zakoupit, jako jsou legíny, které poskytují jemné vibrace pro snazší jógu, trička, která sledují výkon hráče a sportovní podprsenky, které monitorují srdeční frekvenci. Inteligentní textilie mají potenciálně perspektivní využití ve zdravotnictví (měření srdečního rytmu a krevního tlaku pacienta), obrany (sledování zdravotního stavu a úrovně aktivity vojáků), automobilů (nastavování teploty sedadel, aby se cestujícím zpříjemňovala) a dokonce i inteligentních měst (nechat signály komunikovat) s kolemjdoucími).
V ideálním případě budou elektronické součásti těchto oděvů - senzory, antény pro přenos dat a baterií za účelem napájení - malé, pružné a jejich uživatelé si jich téměř nevšimnou. To platí i dnes pro senzory, z nichž mnohé lze prát v pračce. Většina antén a baterií je ale pevná a nevodotěsná, proto je třeba je před prací vyprat.
Moje práce v ElectroScience Laboratory na Ohio State University si klade za cíl vytvořit stejně flexibilní a omyvatelné antény a zdroje energie. Konkrétně vyšíváme elektroniku přímo do textilií pomocí vodivých nití, které nazýváme „e-nitě“.
Výšivka antény
Vyšívaná anténa (ElectroScience Lab, CC BY-ND) E-vlákna, se kterými pracujeme, jsou svazky zkroucených polymerních filamentů, které zajišťují pevnost, každá s kovovým povlakem pro vedení elektřiny. Polymerní jádro každého vlákna je obvykle vyrobeno z Kevlaru nebo Zylonu, zatímco okolní povlak je stříbro. Desítky nebo dokonce stovky těchto vláken se pak stočí dohromady do jediného e-vlákna, které je obvykle menší než půl milimetru.
Tato elektronická vlákna mohou být snadno použita s běžnými komerčními vyšívacími zařízeními - stejnými počítačově připojenými šicími stroji, které lidé používají každý den k tomu, aby si dali svá jména na sportovní bundy a mikiny. Vyšívané antény jsou lehké a stejně dobré jako jejich pevné měděné náprotivky a mohou být stejně složité jako nejmodernější desky s plošnými spoji.
Naše antény s elektronickými vlákny lze dokonce kombinovat s běžnými vlákny ve složitějších provedeních, jako je integrace antén do podnikových log nebo jiných návrhů. Podařilo se nám vyšívat antény na tkaniny tak tenké jako organza a tlusté jako Kevlar. Po vyšívání mohou být dráty spojeny se senzory a bateriemi tradičním pájením nebo flexibilním propojením, které spojuje komponenty dohromady.
Dosud jsme dokázali vytvořit inteligentní klobouky, které čtou hluboké mozkové signály pro pacienty s Parkinsonovou nebo epilepsií. Vyšívali jsme trička s anténami, které rozšiřují dosah signálů Wi-Fi na mobilní telefon uživatele. Také jsme vyrobili rohože a prostěradla, které monitorují výšku kojenců, aby sledovaly řadu zdravotních stavů v raném dětství. A vytvořili jsme skládací antény, které měří, na jakém povrchu se tkanina ohýbala nebo zvedla.
Pohybuje se za anténou
Moje laboratoř také pracuje s dalšími vědci z Ohio State, včetně lékárny Anny Co a lékaře Chandan Sen, na výrobě flexibilních miniaturních generátorů energie na bázi tkaniny.
Vytištěné na tkanině mohou kovy generovat energii. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) K umístění střídavých oblastí stříbrných a zinekových bodů na tkaninu používáme proces podobný inkoustovému tisku. Když tyto kovy přijdou do styku s potem, solným roztokem nebo dokonce tekutinou z ran, stříbro působí jako pozitivní elektroda a zinek slouží jako záporná elektroda - a mezi nimi proudí elektřina.
Vyrobili jsme malé množství elektřiny pouhým navlhčením tkaniny - bez nutnosti dalších obvodů nebo součástí. Jedná se o plně flexibilní, omyvatelný zdroj energie, který lze připojit k jiné nositelné elektronice a eliminuje tak potřebu konvenčních baterií.
Tato flexibilní a nositelná elektronika společně a individuálně promění oblečení v propojená, snímající a komunikační zařízení, která dobře zapadají do struktury vzájemně propojeného 21. století.
Tento článek byl původně publikován v The Conversation.
Asimina Kiourti, docent elektrotechniky a informatiky, Státní univerzita v Ohiu
