Электронный текстиль
Электронный текстиль или электронный текстиль — это ткани , в которые можно электронные компоненты, такие как батареи, фонари, датчики и микроконтроллеры встраивать . Многие проекты умной одежды, носимых технологий и носимых компьютеров предполагают использование электронного текстиля. [1]
Электронный текстиль отличается от носимых компьютеров , поскольку упор делается на бесшовную интеграцию текстиля с электронными элементами, такими как микроконтроллеры , датчики и исполнительные механизмы . Кроме того, электронный текстиль не обязательно должен быть пригодным для ношения. Например, электронный текстиль также встречается в дизайне интерьера.
Смежная область фибротроники исследует, как электронные и вычислительные функции могут быть интегрированы в текстильные волокна.
В новом отчете Cientifica Research рассматриваются рынки носимых технологий на основе текстиля, компании, производящие их, и соответствующие технологии. В отчете выделяются три различных поколения носимых текстильных технологий:
- «Первое поколение» прикрепляет датчик к одежде. Этот подход в настоящее время используют такие бренды спортивной одежды, как Adidas, Nike и Under Armour.
- В продуктах «второго поколения» датчик встраивается в одежду, о чем свидетельствуют текущие продукты Samsung, Alphabet, Ralph Lauren и Flex.
- В носимых устройствах «третьего поколения» датчиком является одежда. Все большее число компаний создают для этой цели датчики давления, деформации и температуры.
Будущие приложения для электронного текстиля могут быть разработаны для товаров для спорта и хорошего самочувствия, а также для медицинских устройств для мониторинга пациентов. Технический текстиль, мода и развлечения также будут иметь важное значение. [2]
История
[ редактировать ]Основные материалы, необходимые для создания электронного текстиля, проводящих нитей и тканей, существуют уже более 1000 лет. В частности, ремесленники на протяжении веков обматывали тканевые нити тонкой металлической фольгой, чаще всего золотой и серебряной. [3] многие платья королевы Елизаветы I Например, были вышиты золотыми нитями .
В конце XIX века, когда люди развивались и привыкали к электроприборам, дизайнеры и инженеры начали сочетать электричество с одеждой и украшениями, разработав серию ожерелий с подсветкой и моторизацией, шляп, брошей и костюмов. [4] [5] Например, в конце 1800-х годов можно было нанять молодых женщин в светлых вечерних платьях из компании Electric Girl Lighting Company, чтобы они устроили коктейльную вечеринку. [6]
В 1968 году Музей современного ремесла в Нью-Йорке провел революционную выставку под названием «Покрытие тела», посвященную взаимосвязи между технологиями и одеждой. На шоу были представлены скафандры астронавтов, а также одежда, которая могла надуваться и сдуваться, светиться, нагреваться и охлаждаться. [7] Особого внимания в этой коллекции заслуживают работы Дайаны Дью . [8] дизайнер, создавший линию электронной моды, в том числе электролюминесцентные вечерние платья и пояса, которые могли издавать сигналы сирены. [9]
В 1985 году изобретатель Гарри Уэйнрайт создал первую полностью анимированную толстовку. Рубашка состояла из оптоволокна, проводов и микропроцессора для управления отдельными кадрами анимации. В результате на поверхности рубашки появился полноцветный рисунок. В 1995 году Уэйнрайт изобрел первую машину, позволяющую превращать оптоволокно в ткани (процесс, необходимый для производства, достаточного для массового рынка), а в 1997 году нанял немецкого конструктора машин Герберта Зельбаха из Selbach Machinery для производства мирового оборудования. первая машина с числовым программным управлением (ЧПУ), способная автоматически имплантировать оптоволокно в любой гибкий материал. Получив в 1989 году первый из дюжины патентов на светодиодные/оптические дисплеи и оборудование, первые станки с ЧПУ были запущены в производство в 1998 году, начиная с производства анимированных покрытий для парков Диснея в 1998 году. Первые биофизические дисплеи ЭКГ с использованием светодиодов /оптические дисплеи были созданы Уэйнрайтом и Дэвидом Бычковым, тогдашним генеральным директором Exmovere, в 2005 году с использованием датчиков GSR в часах, подключенных через Bluetooth к встроенному дисплею, который можно стирать в машине, в джинсовой куртке, и были продемонстрированы на конференции Smart Fabrics, проходившей в Вашингтоне. , округ Колумбия, 7 мая 2007 г. Компания Wainwright представила дополнительные технологии «умной ткани» на двух конференциях Flextech Flexible Display, проходивших в Фениксе, штат Аризона, где были показаны цифровые инфракрасные дисплеи, встроенные в ткани для IFF (Идентификация друга или врага), которые были представлены BAE Systems для оценки в 2006 году и получили награду «Почетное упоминание» от НАСА в 2010 году на конкурсе технических обзоров «Проектирование будущего». Сотрудники MIT приобрели несколько полностью анимированных пальто для своих исследователей, чтобы они носили их на демонстрациях в 1999 году, чтобы привлечь внимание к своему исследованию «носимого компьютера». Уэйнрайту было поручено выступить на конференции текстильщиков и колористов в Мельбурне, Австралия, 5 июня 2012 года. Его попросили продемонстрировать свои тканевые творения, которые меняют цвет с помощью любого смартфона, обозначают звонящих на мобильных телефонах без цифрового дисплея и обеспечивают безопасность WIFI. функции, защищающие кошельки и личные вещи от кражи.
В середине 1990-х годов группа исследователей Массачусетского технологического института во главе со Стивом Манном , Тадом Старнером и Сэнди Пентлендом начала разработку того, что они назвали носимыми компьютерами . Эти устройства представляли собой традиционное компьютерное оборудование, прикрепленное к телу и носившееся на нем. В ответ на технические, социальные и дизайнерские проблемы, с которыми столкнулись эти исследователи, другая группа из Массачусетского технологического института, в которую входили Мэгги Орт и Реми Пост, начала исследовать, как такие устройства можно было бы более изящно интегрировать в одежду и другие мягкие материалы. Помимо других разработок, эта команда исследовала интеграцию цифровой электроники с проводящими тканями и разработала метод вышивки электронных схем. [10] [11] Один из первых коммерчески доступных носимых микроконтроллеров на базе Arduino, названный Lilypad Arduino, также был создан в Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института Лией Бьюкли.
Модные дома, такие как CuteCircuit, используют электронный текстиль для своих коллекций высокой моды и специальных проектов. Рубашка Hug от CuteCircuit позволяет пользователю отправлять электронные объятия через датчики внутри одежды.
Обзор
[ редактировать ]Сферу электронного текстиля можно разделить на две основные категории:
- Электронный текстиль с классическими электронными устройствами, такими как проводники, интегральные схемы , светодиоды , OLED и обычные батареи, встроенные в одежду. [12]
- Электронный текстиль с электроникой, встроенной непосредственно в текстильную основу. [13] Это может включать в себя либо пассивную электронику, такую как проводники и резисторы, либо активные компоненты, такие как транзисторы, диоды и солнечные элементы.
Электронный текстиль – это в основном проводящая пряжа, текстиль и ткань, тогда как другая половина поставщиков и производителей используют проводящие полимеры, такие как полиацетилен и полифениленвинилен. [14]
Большинство исследовательских и коммерческих проектов электронного текстиля представляют собой гибриды, в которых электронные компоненты, встроенные в текстиль, подключаются к классическим электронным устройствам или компонентам. Некоторыми примерами являются сенсорные кнопки, которые полностью выполнены в текстильной форме с использованием проводящих текстильных переплетений, которые затем подключаются к таким устройствам, как музыкальные проигрыватели или светодиоды, которые монтируются на тканых проводящих волоконных сетях для формирования дисплеев. [15]
Печатные датчики для физиологического и экологического мониторинга были интегрированы в текстильные изделия. [16] в том числе хлопок , [17] Гор-Текс , [18] и неопрен . [19]
Датчики
[ редактировать ]Умная текстильная ткань может быть изготовлена из самых разных материалов: от традиционного хлопка, полиэстера и нейлона до современного кевлара со встроенными функциональными возможностями. Однако в настоящее время интерес представляют ткани с электропроводностью. [20] Электропроводящие ткани производятся путем осаждения наночастиц металла вокруг тканых волокон и тканей. Полученные металлические ткани являются проводящими, гидрофильными и имеют высокую электроактивную поверхность. Эти свойства делают их идеальными субстратами для электрохимического биосенсорства, что было продемонстрировано при обнаружении ДНК и белков. [21]
Существует два типа интеллектуальных текстильных (тканевых) изделий, которые были разработаны и изучены для мониторинга здоровья: ткань с сенсорной электроникой на текстильной основе и ткань, закрывающая традиционную сенсорную электронику. Было показано, что ткачество можно использовать для включения в ткань электропроводящей пряжи и получения текстиля, который можно использовать в качестве «носимой материнской платы». Он может подключать несколько датчиков на теле, например влажные гелевые электроды ЭКГ, к электронике сбора сигналов. Более поздние исследования показали, что проводящая нить может сыграть важную роль в изготовлении датчиков на текстильной основе, изготовленных из ткани или металлических сеток, покрытых серебром, или проводящих металлических сердечников, вплетенных в ткань. [22]
В исследованиях существует два основных подхода к изготовлению одежды с сенсорными электродами ЭКГ:
- Готовая одежда посредством функционализации или интеграции готовой одежды с сенсорными элементами. Этот подход предполагает интеграцию готовых электродов в готовые предметы одежды путем простого пришивания электродов в соответствующих местах на одежде или использования методов осаждения для переноса функциональных материалов в соответствующие места.
- Незаконченная одежда. Внедрение интеллектуальных материалов в процесс изготовления одежды. Этот готовый подход влечет за собой использование технологий изготовления текстиля для формирования тканых или нетканых материалов с включением функциональных материалов. [22]
Фибротроника
[ редактировать ]Как и в классической электронике, создание электронных возможностей на текстильных волокнах требует использования проводящих и полупроводниковых материалов, таких как проводящий текстиль . [ нужна ссылка ] Сегодня существует ряд коммерческих волокон, которые включают металлические волокна , смешанные с текстильными волокнами, с образованием проводящих волокон, которые можно ткать или сшивать. [23] Однако, поскольку и металлы, и классические полупроводники являются жесткими материалами, они не очень подходят для применения в текстильных волокнах, поскольку во время использования волокна подвергаются сильному растяжению и изгибу.
Умные носимые устройства — это подключаемые электронные устройства потребительского уровня, которые можно встроить в одежду. [ нужна ссылка ]
Одна из наиболее важных проблем электронного текстиля заключается в том, что волокна следует стирать. Таким образом, электрические компоненты необходимо изолировать во время стирки, чтобы предотвратить повреждение. [24]
Новым классом электронных материалов, которые больше подходят для электронного текстиля, является класс органических материалов для электроники, поскольку они могут быть как проводящими, так и полупроводниковыми, а также разрабатываться как чернила и пластики. [ нужна ссылка ]
Некоторые из наиболее продвинутых функций, продемонстрированных в лаборатории, включают:
- Транзисторы из органического волокна: [25] [26] первый транзистор из текстильного волокна, полностью совместимый с текстильным производством и вообще не содержащий металлов.
- Органические солнечные элементы на волокнах [27]
Использование
[ редактировать ]
- Мониторинг здоровья жизненно важных показателей , таких как частота сердечных сокращений , частота дыхания , температура, активность и осанка.
- о спортивных тренировках Сбор данных
- Контроль персонала, работающего с опасными материалами
- Отслеживание положения и статуса солдат в бою
- Военное приложение – Солдатский бронежилет кевларовый ; если в владельца стреляют, материал может почувствовать попадание пули и отправить радиосообщение обратно на базу. [28]
- Мониторинг усталости пилота или водителя грузовика
- Диагностика дискомфорта у людей с ампутированными конечностями [29]
- Восстановить сенсорное восприятие , которое ранее было утрачено случайно или при рождении.
- Инновационная мода (носимые технологии) – электронный текстиль используется в технической одежде, такой как одежда/аксессуары, которые являются индикаторами 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 для инвалидов: одежда, которая помогает людям с ограниченными возможностями. Они делают жизнь проще и более независимой.
- Интерактивные образовательные инструменты: одежда и игрушки, которые помогают детям учиться с помощью звуков и света. Они делают обучение веселым и легким.
- Одежда для мониторинга окружающей среды: одежда, которая может определить, грязный или чистый воздух. Они помогают людям оставаться здоровыми, зная о загрязнении окружающей среды.
См. также
[ редактировать ]- Трекер активности
- Технология одежды
- Компьютерная реальность
- Киборг
- электронное здравоохранение
- Гексоскин
- Футуристическая одежда
- Монитор сердечного ритма
- Идентификационная метка
- Носимые технологии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Черенак, Кунигунде; Питерсон, Лисбет ван (1 ноября 2012 г.). «Умный текстиль: вызовы и возможности» (PDF) . Журнал прикладной физики . 112 (9) (опубликовано 7 ноября 2012 г.): 091301–091301–14. Бибкод : 2012JAP...112i1301C . дои : 10.1063/1.4742728 . ISSN 0021-8979 . S2CID 120207160 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 февраля 2020 г.
- ^ Умный текстиль и носимые устройства – рынки, приложения и технологии . Инновации в текстиле (Отчет). 7 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 7 сентября 2016 г.
- ^ Харрис, Дж., изд. Текстиль, 5000 лет: международная история и иллюстрированный обзор. Х.Н. Абрамс, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 1993 г.
- ^ Марвин, К. Когда старые технологии были новыми: размышления об электрической связи в конце девятнадцатого века. Издательство Оксфордского университета, США, 1990.
- ^ Гир, К. и Рудо, Дж. Ювелирные изделия в эпоху королевы Виктории: зеркало мира. Британское музейное издательство, 2010.
- ^ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДЕВУШКИ» . Нью-Йорк Таймс . 26 апреля 1884 года. Архивировано из оригинала 12 ноября 2013 года.
- ^ Смит, П. Покрытие тела. Музей современных ремесел, Американский ремесленный совет, Нью-Йорк, 1968 г.
- ^ «Первоначальные создатели: Дайана Дью» . 11 апреля 2011 г.
- ^ Флуд, Кэтлин (11 апреля 2011 г.). «Первоначальные создатели: Дайана Дью» . ООО «ВАЙС Медиа» . Архивировано из оригинала 19 декабря 2011 года . Проверено 28 мая 2015 г.
- ^ Почта, скорая помощь; Орт, М.; Руссо, PR; Гершенфельд, Н. (2000). «Электронная вышивка: проектирование и производство компьютеров на основе текстиля». IBM Systems Journal . 39 (3,4): 840–860. дои : 10.1147/sj.393.0840 . ISSN 0018-8670 . S2CID 6254187 .
- ^ US 6210771 «Электрически активные ткани и изделия из них».
- ^ Венг В., Чен П., Хэ С., Сунь X. и Пэн Х. (2016). Умный электронный текстиль. Angewandte Chemie International Edition, 55 (21), 6140-6169. https://doi.org/10.1002/anie.201507333
- ^ Лунд А., Ву Ю., Фенек-Салерно Б., Торриси Ф., Кармайкл Т.Б. и Мюллер К. (2021). Проводящие материалы как строительные блоки для электронного текстиля. Бюллетень МРС, 1–11. https://doi.org/10.1557/s43577-021-00117-0
- ^ Электронный текстиль 2019-2029: технологии, рынки и игроки . 21 мая 2019 г.
- ^ «LumaLive.com» . Архивировано из оригинала 6 февраля 2010 г.
- ^ Виндмиллер-младший; Ван, Дж. (2013). «Носимые электрохимические датчики и биосенсоры: обзор». Электроанализ . 25 (1): 29–46. дои : 10.1002/elan.201200349 .
- ^ Ян-Ли Ян; Мин-Чье Чжуан; Шых-Лян Лауб; Джозеф Ван (2010). «Толстоплёночные амперометрические датчики и биосенсоры на текстильной основе». Аналитик . 135 (6): 1230–1234. Бибкод : 2010Ана...135.1230Y . дои : 10.1039/B926339J . ПМИД 20498876 .
- ^ Чуанг, М.-К.; Виндмиллер-младший; Сантош, П.; Рамирес, Г.В.; Галик, М.; Чжоу, Т.-Ю.; Ван, Дж. (2010). «Электрохимическое зондирование на текстильной основе: влияние тканевого субстрата и обнаружение нитроароматических взрывчатых веществ». Электроанализ . 22 (21): 2511–2518. дои : 10.1002/elan.201000434 .
- ^ Керстин Малзан; Джошуа Рэй Виндмиллер; Габриэла Вальдес-Рамирес; Майкл Дж. Шёнинг; Джозеф Ван (2011). «Носимые электрохимические датчики для анализа in situ в морской среде». Аналитик . 136 (14): 2912–2917. Бибкод : 2011Ана...136.2912М . дои : 10.1039/C1AN15193B . ПМИД 21637863 .
- ^ Катальди П., Чезераччу Л., Атанассиу А., Байер И.С. (2017). «Исцеляемый хлопко-графеновый нанокомпозитный проводник для носимой электроники». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 9 (16): 13825–13830. дои : 10.1021/acsami.7b02326 . ПМИД 28401760 .
- ^ Грелль, Макс; Динсер, Банка; Ле, Тао; Лаури, Альберто; Нуньес Бахо, Эстефания; Касиматис, Майкл; Барандун, Джандрин; Майер, Стефан А.; Касс, Энтони Э.Г. (9 ноября 2018 г.). «Автокаталитическая металлизация тканей с использованием кремниевых чернил для биосенсоров, батарей и сбора энергии» . Передовые функциональные материалы . 29 (1): 1804798. doi : 10.1002/adfm.201804798 . hdl : 10044/1/66147 . ISSN 1616-301X . ПМК 7384005 . ПМИД 32733177 .
- ^ Jump up to: а б Шьямкумар, Прашант; Пратюш Рай; Сечан О; Мули Рамасами; Роберт Харбо; Виджай Варадан (2014). «Носимый беспроводной мониторинг сердечно-сосудистой системы с использованием текстильных наносенсоров и систем наноматериалов» . Электроника . 3 (3): 504–520. дои : 10.3390/electronics3030504 . ISSN 2079-9292 .
Материал был скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. - ^ Аталай, Озгур; Кеннон, Уильям; Хусейн, Мухаммед; Аталай, Озгур; Кеннон, Уильям Ричард; Хусейн, Мухаммад Давуд (21 августа 2013 г.). «Датчики деформации уточного трикотажа на текстильной основе: влияние параметров ткани на свойства датчиков» . Датчики . 13 (8): 11114–11127. Бибкод : 2013Senso..1311114A . дои : 10.3390/s130811114 . ПМЦ 3812645 . ПМИД 23966199 .
- ^ Сала-де-Медейрос, Марина; Чанчи, Даниэла; Морено, Каролина; Госвами, Дебкальпа; Мартинес, Рамзес В. (25 июля 2019 г.). «Водонепроницаемый, дышащий и антибактериальный электронный текстиль с автономным питанием на основе омнифобных трибоэлектрических наногенераторов». Передовые функциональные материалы . 29 (42): 1904350. doi : 10.1002/adfm.201904350 . ISSN 1616-301X . S2CID 199644311 .
- ^ Хамеди, М.; Херлогссон, Л.; Криспин, X.; Марсилла, Р.; Берггрен, М.; Инганес, О. (22 января 2009 г.). «Электронный текстиль: полевые транзисторы со встроенным электролитом в волокне для электронного текстиля». Продвинутые материалы . 21 (5): н/д. дои : 10.1002/adma.200990013 . ПМИД 21162140 .
- ^ Хамеди М., Форххаймер Р., Инганес О. (4 апреля 2007 г.). «На пути к сотканной логике из органических электронных волокон». Природные материалы . 6 (5): 357–362. Бибкод : 2007NatMa...6..357H . дои : 10.1038/nmat1884 . ПМИД 17406663 .
- ^ Майкл Р. Ли; Роберт Д. Эккерт; Карен Форберих; Жиль Деннлер; Кристоф Дж. Брабец ; Рассел А. Гаудиана (12 марта 2009 г.). «Солнечные энергетические провода на основе органических фотоэлектрических материалов». Наука . 324 (5924): 232–235. Бибкод : 2009Sci...324..232L . дои : 10.1126/science.1168539 . ПМИД 19286521 . S2CID 21310299 .
- ^ Маркс, Пол (4 сентября 2014 г.). «Тканевые схемы открывают путь для носимых технологий» . Новый учёный . Архивировано из оригинала 21 сентября 2016 года.
- ^ Коммуникации, Колледж Уилсона (25 января 2019 г.). «Диагностика дискомфорта у людей с ампутированными конечностями» .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
