Haza > Hírek > Tartalom
Számítógépek a ruháidban? Mérföldkő a viselhető elektronikához
Aug 22, 2018

A hordozható elektronikus rúd fejlesztésére törekvő kutatók elérik a mérföldköveket: 0,1 mm-es pontossággal képesek hímezni az áramköröket a szövetekbe - a tökéletes méret az elektronikai alkatrészek, például az érzékelők és a számítógépes memóriák ruházatba való integrálásához.

Ezzel az előrelépéssel az Ohio State University kutatói a következő lépést tették a funkcionális textil ruhák kialakítása felé, amelyek összegyűjtik, tárolják vagy továbbítják a digitális információkat. Továbbfejlesztve a technológia olyan ingekhez vezethet, amelyek az Ön okostelefonja vagy tabletta antennájaként működnek, a fitnesz szintjét felügyelő edzőruha, a sportolók teljesítményét monitorozó sporteszköz, a kötés, amely tájékoztatja kezelőorvosát, hogy az alatta lévő szövet mennyire van gyógyító, vagy akár rugalmas szövetkapcsot, amely érzékeli az agyi aktivitást.

Az utolsó elem az, amelyet John Volakis, az Ohio államban működő ElectroScience Laboratórium igazgatója és az Asimina Kiourti kutatói vizsgálják. Az a gondolat, hogy az agyi implantátumokat fejlesztik, amelyek az epilepsziától a függőségig terjedő betegségek kezelésére fejlesztenek, és kényelmesebbé teszik a páciens testének külső kábelezését.

"A forradalom a textiliparban történik" - mondta Volakis, aki szintén az Ohio Állam elektrotechnika Roy & Lois Chope elnöke. "Úgy véljük, hogy a funkcionális textilek a kommunikáció és az érzékelés számára lehetővé teszik a technológiát, és egy nap még az orvosi alkalmazások is, mint a képalkotás és az egészségügyi monitorozás."

A közelmúltban ő és Kiourti kifinomulták a szabadalmaztatott gyártási módszerüket, hogy prototípust viselhessenek a költségek egy töredékéig, és fél év alatt csak két évvel ezelőtt. Az új szabadalmak függvényében új eredményeket tettek közzé az IEEE Antennák és a Wireless Propagation Letters folyóiratában.

A Volakis laboratóriumában a funkcionális textíliákat, amelyeket "e-textilek" -nek is neveznek, részben egy tipikus asztali varrógépen hoznak létre - olyan formában, amelyet az iparos kézművesek és a hobbierek otthon lehetnek. A többi modern varrógéphez hasonlóan a szöveget automatikusan a szöveget egy számítógépes fájlon keresztül betöltött mintán alapul. A kutatók a fonalat finom ezüstszínű fémhuzalokkal helyettesítették, amelyek hímzés után ugyanazok, mint a hagyományos fonalak.

"Olyan technológiával indultunk el, amely nagyon jól ismert: gépi hímzés, és megkérdeztük, hogyan tudjuk funkcionalizálni a hímzett formákat? Hogyan adhatjuk tovább a jeleket hasznos frekvenciákon, például mobiltelefonokra vagy egészségügyi érzékelőkre? "- mondta Volakis. "Most először sikerült elérni a nyomtatott fém áramköri lapok pontosságát, ezért új célunk, hogy kihasználjuk a vevőkészülékek és egyéb elektronikai alkatrészek beépítésének pontosságát."

A hímzés alakja határozza meg az antenna vagy áramkör működési frekvenciáját, magyarázta Kiourti.

Egy szélessávú antenna formája például több mint fél tucat egymásba illeszkedő geometriai alakból áll, amelyek egy kicsivel nagyobbak, mint a körmök, és egy bonyolult körből néhány hüvelyk átmérőjűek. A kör minden egyes darabja energiát más frekvencián sugároz, így együtt dolgoznak az energiák széles spektrumával - így az antennának a "szélessávú" képességét a mobiltelefonhoz és az internethozzáféréshez.

"Az alak meghatározza a funkciót" - mondta. "És soha nem is tudod, milyen formára lesz szüksége egy alkalmazástól a másikig. Tehát egy olyan technológiát akarunk, amely bármilyen formát bármilyen alkalmazásra hímezhet. "

A kutatók kezdeti célja, amint azt Kiourti hozzátette, csak a lehető legnagyobb mértékben növelte a hímzés pontosságát, ami szükségessé tette a finom ezüsthuzalok használatát. De ez okozott problémát, abban a finom huzalban nem lehetett annyi felületvezető képességet biztosítani, mint a vastag huzalokat. Így kellett találniuk a módját, hogy a finom szálat hímzéssűrűség és formák segítségével dolgozzák fel, amelyek növelnék a felületi vezetőképességet és így az antennát / érzékelő teljesítményét.

Korábban a kutatók 0,5 mm átmérőjű ezüst bevonattal ellátott polimer szálat használtak, mindegyik szál 600 darab finomabb filamentumot csavart össze. Az új szálak 0,1 mm átmérőjűek, mindössze hét szálból készülnek. Mindegyik szál a réz középpontja, tiszta ezüst zománcozott.

A tekercset a drótkötélen 3 centért fizetik lábanként; Kiourti úgy becsülte, hogy a fentihez hasonló szélessávú antenna hímzése körülbelül 10 láb szálat vesz igénybe, ami egy antennánként körülbelül 30 cent költsége. Ez 24-szer olcsóbb, mint amikor Volakis és Kiourti 2014-ben hasonló antennákat készített.

Részben a költségmegtakarítás kevesebb hímzéssel történik. A kutatóknak korábban két rétegben kellett egymásra rakniuk a vastagabb szálat, az egyiket a másik tetején, hogy az antennát elegendően elegendő elektromos jel adja. De finomítani a technikát, amelyet ő és Volakis kifejlesztett, Kiourti képes volt létrehozni az új, nagy pontosságú antennákat csak egy hímzett rétegben a finomabb szálon. Tehát a folyamat félig eltelt idő: csak körülbelül 15 perc a fent említett szélessávú antennához.

Ő is beépített néhány technikát, amely a mikroelektronikai gyártás területén hímezhető antennák és áramkörök alkatrészeinek hozzáadására szolgál.

Az egyik prototípus antennája spirálként néz ki, és a ruházatba hímezve javíthatja a mobiltelefon-jelek vételét. Egy másik prototípus, egy nyújtható antennával, amely beépített RFID (rádiófrekvenciás azonosítási) chipet tartalmaz a gumi belsejében. (Ez utóbbi tárgy egy gumiabroncsgyártó számára készített tanulmány része volt.)

Egy másik áramkör hasonlít az Ohio állam blokk "O" logójára, ahol az ezüsthuzalok között hímzett, nem vezető, szürke és szürke szál "bizonyítja, hogy az e-textíliák lehetnek dekoratívak és funkcionálisak" - mondta Kiourti.

Lehet, hogy dekoratívak, de a hímzett antennák és áramkörök ténylegesen működnek. A vizsgálatok azt mutatták, hogy egy hímzett spirálantenna körülbelül 1,5 cm-rel mérve az 1-5 GHz-es frekvencián átadott jelek között közel tökéletes hatékonysággal rendelkezik. A teljesítmény azt sugallja, hogy a spirál jól illeszkedik a szélessávú internethez és a mobil kommunikációhoz.

Más szavakkal, a hátán lévő inge segíthet az okos telefon vagy táblagép fogadásának növelésében, vagy olyan jelzésekkel, amelyek egészségügyi vagy atlétikai teljesítményadatokkal szolgálnak.

A munka jól illeszkedik az Ohio State állami alapító partnerei közé, az ipar és kormányzat nemzeti gyártási erőforrás központjává. Az új intézet, amely mintegy 50 egyetemet és ipari partnert csatlakozott, a hónap elején bejelentette Ashton Carter amerikai védelmi miniszter.

A Columbusban található Syscom Advanced Materials biztosította a Volakis és Kiourti kezdeti munkájában használt szálakat. A vizsgálatban használt finomabb szálakat a svájci Elektrisola gyártótól szereztük be. A kutatást a Nemzeti Tudományos Alapítvány finanszírozza, és az Ohio állam engedélyezi a technológia továbbfejlesztését.

Addig Volakis a bevásárlási listát készít a projekt következő fázisára.

"Nagyobb varrógépet akarunk" - mondta.

Az eredeti cikk az iconnect007-ből származik