Электронный текстиль
Электронный текстиль или электронный текстиль -это ткани , которые позволяют электронные компоненты, такие как батареи, светильники, датчики и микроконтроллеры встроить . Многие умные одежды, носимые технологии и носимые вычислительные проекты включают в себя использование электронного текста. [ 1 ]
Электронный текстиль отличается от носимых вычислений , потому что акцент делается на бесшовную интеграцию текстиля с электронными элементами, такими как микроконтроллеры , датчики и приводы . Кроме того, электронный текстиль не должен быть пригодным для ношения. Например, электронный текстиль также встречается в дизайне интерьера.
Связанная область фиброники исследует, как электронные и вычислительные функции могут быть интегрированы в текстильные волокна.
В новом отчете Cientifica Research рассматриваются рынки носимых технологий на основе текстиля, их производимые компании, и обеспечивающие технологии. В отчете определяются три различных поколения текстильных носимых технологий:
- «Первое поколение» прикрепите датчик к одежде. Этот подход в настоящее время используется брендами спортивной одежды, такими как Adidas, Nike и Under Armour
- Продукты «второго поколения» внедряют датчик в одежду, о чем свидетельствуют текущие продукты из Samsung, Alphabet, Ralph Lauren и Flex.
- В носимых устройствах «третьего поколения» одежда-датчик. Растущее число компаний создает датчики давления, напряжения и температуры для этой цели.
Будущие приложения для электронного текста могут быть разработаны для спортивных и благополучительных продуктов, а также медицинские устройства для мониторинга пациентов. Технический текстиль, мода и развлечения также будут значительными приложениями. [ 2 ]
История
[ редактировать ]Основные материалы, необходимые для создания электронного текстиля, проводящих потоков и тканей, существуют уже более 1000 лет. В частности, ремесленники обертывали тонкую металлическую фольгу, чаще всего золотой и серебро, вокруг тканевых нитей веками. [ 3 ] многие из платьев королевы Елизаветы Например, были вышиты с золотыми нитками .
В конце 19 -го века, когда люди развивались и привыкли к электрическим приборам, дизайнеры и инженеры начали комбинировать электричество с одеждой и украшениями, разработав серию освещенных и моторизованных ожерелий, шляп, броши и костюмов. [ 4 ] [ 5 ] Например, в конце 1800-х годов человек мог нанимать молодых женщин, украшенных легким вечерним платьями от компании Electric Girl Lighting Company, чтобы обеспечить коктейльные вечеринки. [ 6 ]
В 1968 году Музей современного ремесла в Нью-Йорке провел новаторскую выставку под названием «Тело, посвященное отношениям между технологиями и одеждой». В шоу были представлены космические костюмы астронавтов, а также одежду, которая может раздуть и сдувать, освещать, нагреваться и охладить себя. [ 7 ] Особенно примечательно в этой коллекции была работа Дианы Дью , [ 8 ] Дизайнер, который создал линию электронной моды, в том числе электролюминесцентные платья для вечеринок и ремни, которые могут звучать будильными сиренами. [ 9 ]
В 1985 году изобретатель Гарри Уэйнрайт создал первую полностью анимационную толстовку. Рубашка состояла из волоконной оптики, лидов и микропроцессора для управления отдельными кадрами анимации. Результатом стал полноцветный мультфильм, отображаемый на поверхности рубашки. В 1995 году Wainwright продолжил изобретать первую машину, позволяющую оптоволоконной оптике быть обработанной в ткани, процесс, необходимый для производства массовых рынков, и в 1997 году нанял немецкого дизайнера машины, Герберта Селбаха, из Machinery Selbach для производства мира Первая компьютерная численная управление (CNC) машина, способная автоматически имплантировать оптоволоконную оптику в любой гибкий материал. Получение первого из дюжины патентов на основе светодиодных/зрительных дисплеев и оборудования в 1989 году, первые машины ЧПУ вступили в производство в 1998 году, начиная с производства анимированных пальто для парков Диснея в 1998 году. Первые биофизические жидкости ЭКГ с использованием светодиодов /зрительные дисплеи были созданы Wainwright и Дэвидом Байчковым, генеральным директором Exmovere в то время в 2005 году, используя датчики GSR в часах, соединенных через Bluetooth с встроенным машинным дисплеем в джинсовой куртке и были продемонстрированы на конференции Smart Fabrics, проведенные в Вашингтоне. , DC 7 мая 2007 г. Дополнительные технологии интеллектуальной ткани были представлены Wainwright на двух гибких конференциях Flextech, проведенных в Фениксе, AZ, показывающие инфракрасные цифровые дисплеи, встроенные в ткани для IFF (идентификация друга или противника), которые были представлены в BAE Systems для оценки в 2006 году и выиграли награду «Почетное упоминание» от НАСА в 2010 году на их техническом соревнованиях «Design the Future». Сотрудники MIT приобрели несколько полностью анимированных пальто для своих исследователей, чтобы носить свои демонстрации в 1999 году, чтобы привлечь внимание к своим исследованиям «носимого компьютера». Wainwright было поручено выступить на конференции Textile and Colorists в Мельбурне, Австралия, 5 июня 2012 года. Ему было предложено продемонстрировать свои творения ткани, которые изменяют цвет с использованием любого смартфона, указывают на вызывающих абонентов на мобильных телефонах без цифрового дисплея и содержать безопасность Wi -Fi Особенности, которые защищают кошельки и личные вещи от кражи.
В середине 1990-х годов команда исследователей MIT во главе с Стивом Манном , Тэдом Старнером и Сэнди Пентлендом начала развивать то, что они называли носимыми компьютерами . Эти устройства состояли из традиционного компьютерного оборудования, прикрепленного и переносимых на корпусе. В ответ на технические, социальные и дизайнерские проблемы, с которыми сталкиваются эти исследователи, другая группа в MIT, которая включала в себя Мэгги Орт и Рехми, начала изучать, как такие устройства могут быть более изящно интегрированы в одежду и другие мягкие субстраты. Среди других разработок, эта команда изучала интеграцию цифровой электроники с проводящими тканями и разработала метод вышивки электронных цепей. [ 10 ] [ 11 ] Один из первых коммерчески доступных носимых микроконтроллеров на базе Arduino, называемого Lilypad Arduino, также был создан в MIT Media Lab Лией Бухли.
Модные дома, такие как CuteCircut, используют электронный текстиль для своих коллекций Haute Couture и специальных проектов. Рубашка объятия CuteCircuit позволяет пользователю отправлять электронные объятия через датчики в одежде.
Обзор
[ редактировать ]Поле электронной текстиля можно разделить на две основные категории:
- Электронные текстили с классическими электронными устройствами, такими как проводники, интегрированные схемы , светодиоды , OLED и обычные батареи, встроенные в одежду. [ 12 ]
- Электронные текстили с электроникой, интегрированной непосредственно в текстильные субстраты. [ 13 ] Это может включать либо пассивную электронику, такую как проводники и резисторы, или активные компоненты, такие как транзисторы, диоды и солнечные элементы.
Электронные текстили в основном представляют собой проводящую пряжу, текстиль и ткань, в то время как другая половина поставщиков и производителей используют проводящие полимеры, такие как полиацетилен и полифенилен винилен. [ 14 ]
Большинство исследований и коммерческих электронных проектов-это гибриды, в которых электронные компоненты, встроенные в текстиль, подключены к классическим электронным устройствам или компонентам. Некоторые примеры - это сенсорные кнопки, которые полностью построены в текстильных формах с использованием проводящих текстильных плетений, которые затем подключаются к таким устройствам, как музыкальные игроки или светодиоды, которые установлены на тканых проводящих волоконных сетях для формирования дисплеев. [ 15 ]
Печатные датчики как для физиологического, так и для мониторинга окружающей среды были интегрированы в текстиль [ 16 ] Включая хлопок , [ 17 ] Gore-Tex , [ 18 ] и неопрен . [ 19 ]
Датчики
[ редактировать ]Умная текстильная ткань может быть изготовлена из материалов, начиная от традиционного хлопка, полиэстера и нейлона, до расширенного кевлара с интегрированными функциональными возможностями. В настоящее время, однако, ткани с электрической проводимостью представляют интерес. [ 20 ] Электрически проводящие ткани были получены путем осаждения металлических наночастиц вокруг тканых волокон и тканей. Полученные металлические ткани являются проводящими, гидрофильными и имеют высокую электроактивную площадь поверхности. Эти свойства делают их идеальными субстратами для электрохимического биосенсирования, что было продемонстрировано с помощью обнаружения ДНК и белков. [ 21 ]
Существует два вида интеллектуальных текстильных (тканевых) продуктов, которые были разработаны и изучены для мониторинга здоровья: ткань с электроникой на основе текстиля и тканью, которая охватывает традиционную сенсорную электронику. Он показал, что ткачество можно использовать для включения электрической проводящей пряжи в ткань, чтобы получить текстиль, который можно использовать в качестве «носимой материнской платы». Он может подключать несколько датчиков на корпусе, таких как электроды влажного геля ЭКГ, к электронике получения сигнала. Более поздние исследования показали, что проводящая пряжа может сыграть важную роль в изготовлении текстильных датчиков из ткани или металлических сетей, покрытых серебром или проводящими металлическими ядрами, вплетенными в ткань. [ 22 ]
Есть два широких подхода к изготовлению одежды с электродами датчиков ЭКГ в исследованиях:
- Готовая одежда посредством функционализации или интеграции готовых предметов одежды с элементами датчиков. Этот подход включает в себя интеграцию готовых электродов в готовую одежду, просто сшивая электроды в соответствующих местах на одежде или с использованием методов осаждения для передачи функциональных материалов в соответствующих местах.
- Незаконченная одежда. Внедрение интеллектуальных материалов в процессе изготовления одежды. Этот готовый подход влечет за собой использование методов изготовления текстиля для формирования тканых или нетканых тканей с включением функциональных материалов. [ 22 ]
Фибретрика
[ редактировать ]Как и в классической электронике, конструкция электронных возможностей на текстильных волокнах требует использования проводящих и полупроводящих материалов, таких как проводящий текстиль . [ Цитация необходима ] Сегодня существует ряд коммерческих волокон, которые включают металлические волокна , смешанные с текстильными волокнами, для образования проводящих волокон, которые могут быть сплета или сшиты. [ 23 ] Однако, поскольку как металлы, так и классические полупроводники являются жестким материалом, они не очень подходят для применений текстильного волокна, поскольку волокна подвергаются большему растяжению и изгибанию во время использования.
Умные носимые устройства-это электронные устройства, подключенные к потребительскому уровню, которые могут быть встроены в одежду. [ Цитация необходима ]
Одним из наиболее важных вопросов электронного текстиля является то, что волокна должны быть моютми. Таким образом, электрические компоненты должны быть изолированы во время промывки, чтобы предотвратить повреждение. [ 24 ]
Новый класс электронных материалов, которые более подходят для электронного текста,-это класс органических электронных материалов, потому что они могут проводиться, а также полупроводниковые и разработанные как чернила и пластмассы. [ Цитация необходима ]
Некоторые из самых продвинутых функций, которые были продемонстрированы в лаборатории, включают:
- Транзисторы органического волокна: [ 25 ] [ 26 ] Первый транзистор текстильного волокна, который полностью совместим с производством текстиля и вообще не содержит металлов.
- Органические солнечные батареи на волокнах [ 27 ]
Использование
[ редактировать ]
- здоровья Мониторинг жизненно важных признаков, таких как частота сердечных сокращений , скорость дыхания , температура, активность и осанка.
- спортивного обучения Получение данных
- Мониторинг персонала обработки опасных материалов
- Отслеживание позиции и статуса солдат в действии
- Военное приложение - солдат -пуленепробиваемый кевлар жилет ; Если владелец снят, материал может ощутить влияние пули и отправить радиосвязь обратно на базу [ 28 ]
- Усталость к мониторингу пилота или водителя грузовика
- Диагностика дискомфорта с ампутированными конечностями [ 29 ]
- Восстановить сенсорное восприятие , которое ранее было потеряно в результате случайного или рождения
- Инновационная мода ( носимая технология )-электронный текстиль используется в технологической одежде, такой как одежда/аксессуары, которые являются показателями здоровья ( частота сердечных сокращений , температура и мышечная активность).
- Индустрия моды-электронный текстиль используется для изготовления одежды и аксессуаров для улучшения визуального представления продукта.
- Вспомогательные технологии : одежда, которая помогает людям с ограниченными возможностями
- Интерактивные образовательные инструменты: одежда и игрушки, которые помогают детям учиться со звуками и огнями
- Одежда мониторинга окружающей среды: одежда, которая может определить, является ли воздух грязный или чистый
Смотрите также
[ редактировать ]- Трекер деятельности
- Технология одежды
- Компьютерная реальность
- Киборг
- электронное здравоохранение
- Гексоскин
- Футуристическая одежда
- Частота сердечного ритма
- Тег личности
- Носимые технологии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Черенак, Кунигунде; Pieterson, Liesbeth Van (2012-11-01). «Умный текстиль: проблемы и возможности» (PDF) . Журнал прикладной физики . 112 (9) (опубликовано 7 ноября 2012 г.): 091301–091301–14. Bibcode : 2012jap ... 112i1301c . doi : 10.1063/1,4742728 . ISSN 0021-8979 . S2CID 120207160 . Архивировано из оригинала (PDF) 2020-02-13.
- ^ Умный текстиль и носимые устройства - рынки, приложения и технологии . Инновации в текстиле (отчет). 7 сентября 2016 года. Архивировано с оригинала 7 сентября 2016 года.
- ^ Harris, J., ed. Текстиль, 5000 лет: международная история и иллюстрированный опрос. HN Abrams, Нью -Йорк, Нью -Йорк, США, 1993.
- ^ Марвин, C. Когда старые технологии были новыми: думать об электрическом общении в конце девятнадцатого века. Издательство Оксфордского университета, США, 1990.
- ^ Гир, С. и Рудо, Дж. Ювелирные изделия в эпоху королевы Виктории: зеркало для мира. Британская музейная пресса, 2010.
- ^ "Электрические девушки" . New York Times . 26 апреля 1884 года. Архивировано с оригинала 12 ноября 2013 года.
- ^ Смит, П. Теловое покрытие. Музей современных ремесел, Американский ремесленник, Нью -Йорк, Нью -Йорк, 1968
- ^ «Оригинальные создатели: Диана Дью» . 11 апреля 2011 года.
- ^ Потоп, Кэтлин (11 апреля 2011 г.). «Оригинальные создатели: Диана Дью» . Vice Media LLC . Архивировано из оригинала 19 декабря 2011 года . Получено 28 мая 2015 года .
- ^ Пост, эр; ОРТ, М.; Руссо, PR; Гершенфельд, Н. (2000). «E-Broidery: дизайн и изготовление текстильных вычислений». IBM Systems Journal . 39 (3.4): 840–860. doi : 10.1147/sj.393.0840 . ISSN 0018-8670 . S2CID 6254187 .
- ^ US 6210771 «Электрически активный текстиль и статьи, сделанные от него».
- ^ Weng, W., Chen, P., He, S., Sun, X. & Peng, H. (2016). Умный электронный текстиль. Angewandte Chemie International Edition, 55 (21), 6140-6169. https://doi.org/10.1002/anie.201507333
- ^ Lund, A., Wu, Y., Fenech-Salerno, B., Torrisi, F., Carmichael, TB, & Müller, C. (2021). Проведение материалов в качестве строительных блоков для электронного текстиля. Миссис Бюллетена, 1-11. https://doi.org/10.1557/S43577-021-00117-0
- ^ E-Textiles 2019-2029: технологии, рынки и игроки . 2019-05-21.
- ^ "Lumalive.com" . Архивировано из оригинала 2010-02-06.
- ^ Windmiller, Jr; Wang, J. (2013). «Носимые электрохимические датчики и биосенсоры: обзор». Электроанализ . 25 (1): 29–46. doi : 10.1002/elan.201200349 .
- ^ Ян-ли Ян; Мин-Чи Чуан; Ших-Лян Луб; Джозеф Ван (2010). «Текстильные текстильные амперометрические датчики и биосенсоры на основе текстиля». Аналитик 135 (6): 1230–1234. Bibcode : 2010ana ... 135.1230y . doi : 10.1039/b926339j . PMID 20498876 .
- ^ Chuang, M.-C.; Windmiller, Jr; Сантош, П.; Рамирес, Гв; Галик, М.; Chou, T.-y.; Wang, J. (2010). «Электрохимическое зондирование на основе текстиля: эффект субстрата ткани и обнаружение нитроароматических взрывчатых веществ». Электроанализ . 22 (21): 2511–2518. doi : 10.1002/elan.201000434 .
- ^ Керстин Малзан; Джошуа Рэй Виндмиллер; Габриэла Вальдес-Рамирес; Майкл Дж. Шонинг; Джозеф Ван (2011). «Носимые электрохимические датчики для анализа in situ в морских средах». Аналитик 136 (14): 2912–2917. Bibcode : 2011ana ... 136.2912m . doi : 10.1039/c1an15193b . PMID 21637863 .
- ^ Cataldi P, Ceseracciu L, Athanassiou A, Bayer IS (2017). «Исцеливаемая хлопковая графена-нанокомпозитный проводник для носимой электроники». ACS прикладные материалы и интерфейсы . 9 (16): 13825–13830. doi : 10.1021/acsami.7b02326 . PMID 28401760 .
- ^ Грелл, Макс; Динктор, может; Ле, Тао; Лаури, Альберто; Нуньес Баджо, Эстефания; Касиматис, Майкл; Барандун, Джандрин; Майер, Стефан А.; Касс, Энтони Э.Г. (2018-11-09). «Автокаталитическая металлизация тканей с использованием чернил Si, для биосенсоров, батарей и сбора энергии» . Усовершенствованные функциональные материалы . 29 (1): 1804798. DOI : 10.1002/ADFM.201804798 . HDL : 10044/1/66147 . ISSN 1616-301X . PMC 7384005 . PMID 32733177 .
- ^ Jump up to: а беременный Шьямкумар, Прашант; Пратюш Рай; SECHANG OH; Мули Рамасами; Роберт Харбо; Виджай Варадан (2014). «Носимый беспроводной сердечно-сосудистый мониторинг с использованием текстильных наносенсорных и наноматериальных систем» . Электроника . 3 (3): 504–520. doi : 10.3390/Electronics3030504 . ISSN 2079-9292 .
Материал был скопирован из этого источника, который доступен в соответствии с Creative Commons Attribution 3.0 Unported License
- ^ Аталай, Озгур; Кеннон, Уильям; Хусейн, Мухаммед; Аталай, Озгур; Кеннон, Уильям Ричард; Хусейн, Мухаммед Давуд (2013-08-21). «Текстильные датчики вязаных деформаций: влияние параметров ткани на свойства датчика» . Датчики . 13 (8): 11114–11127. Bibcode : 2013senso..1311114a . doi : 10.3390/s130811114 . PMC 3812645 . PMID 23966199 .
- ^ Сала де Медейрос, Марина; Канчи, Даниэла; Морено, Каролина; Госвами, Дебкалпа; Martinez, Ramses V. (2019-07-25). «Водонепроницаемые, дышащие и антибактериальные электронные текстили на основе вспомогательных трибуэлектрических наногенераторов». Усовершенствованные функциональные материалы . 29 (42): 1904350. DOI : 10.1002/ADFM.201904350 . ISSN 1616-301X . S2CID 199644311 .
- ^ Hamedi, M.; Herlogsson, L.; Криспин, х.; Marcilla, R.; Берггрен, М.; Inganäs, O. (22 января 2009 г.). «Электронный текстиль: вставленные волокнистыми электролитными транзисторами, управляемыми электролитами для электронного текстиля». Продвинутые материалы . 21 (5): N/A. doi : 10.1002/adma.200990013 . PMID 21162140 .
- ^ Hamedi M, Forchheimer R, Inganäs O (4 апреля 2007 г.). «На пути к тканой логике из органических электронных волокон». Природные материалы . 6 (5): 357–362. Bibcode : 2007natma ... 6..357h . doi : 10.1038/nmat1884 . PMID 17406663 .
- ^ Майкл Р. Ли; Роберт Д. Экерт; Карен Форберих; Жиль Деннлер; Кристоф Дж. Брабек ; Рассел А. Годиана (12 марта 2009 г.). «Солнечная силовая провода на основе органических фотоэлектрических материалов». Наука . 324 (5924): 232–235. Bibcode : 2009Sci ... 324..232L . doi : 10.1126/science.1168539 . PMID 19286521 . S2CID 21310299 .
- ^ Маркс, Пол (4 сентября 2014 г.). «Тканевые схемы прокладывают путь для носимых технологий» . Новый ученый . Архивировано с оригинала 21 сентября 2016 года.
- ^ Коммуникации, колледж Уилсон (25 января 2019 г.). «Диагностика дискомфорта с ампутированными конечностями» .
| Базы данных управления авторитетом : национальный |
|---|
