Arheologija otkriva da su ljudi počeli nositi odjeću prije oko 170 000 godina, vrlo blizu ledenog doba drugog do posljednjeg razdoblja. Čak i sada, većina modernih ljudi nosi odjeću koja se tek jedva razlikuje od one najranije odjeće. No to će se promijeniti jer će fleksibilna elektronika sve više utkati u ono što se naziva „pametnim tkaninama“.
Mnoge su od njih već dostupne za kupnju, poput gamaša koje pružaju nježne vibracije za lakšu jogu, majice koje prate rad igrača i sportskih grudnjaka koji prate rad otkucaja srca. Pametne tkanine potencijalno obećavaju uporabu u zdravstvu (mjerenje srčanog ritma i krvnog tlaka pacijenata), obrani (praćenje zdravlja i razine vojnika), automobilima (podešavanje temperature sjedala kako bi putnicima bilo ugodnije), pa čak i pametnim gradovima (puštanje znakova da komuniciraju s prolaznicima).
U idealnom slučaju, elektroničke komponente tih odjevnih predmeta - senzori, antene za prijenos podataka i baterija za napajanje električnom energijom bit će malene, fleksibilne i dobrim dijelom neprimjećene od strane njihovih korisnika. To je danas točno za senzore, od kojih su mnogi čak i perljivi na stroju. No većina antena i baterija je kruta i nije vodootporna, pa ih je potrebno odvojiti od odjeće prije pranja.
Moj rad u Laboratoriji za elektroznanost na Državnom sveučilištu Ohio ima za cilj napraviti antene i izvore energije koji su podjednako fleksibilni i perljivi. Konkretno, ugrađujemo elektroniku izravno u tkanine pomoću vodljivih niti, koje nazivamo "e-nitima".
Antenski vez
Vezena antena (ElectroScience Lab, CC BY-ND) E-niti s kojima radimo su snopovi upletenih polimernih filamera za postizanje čvrstoće, svaki s metalnim premazom za provođenje električne energije. Polimerna jezgra svakog filamenta obično se izrađuje od Kevlara ili Najlona, dok je okolni premaz srebro. Deseci ili čak stotine tih niti zatim se isprepliću kako bi tvorili jednu e-nit koja je obično manja od pola milimetra.
Te se e-niti mogu lako koristiti s uobičajenom opremom za vezenje u trgovini - istim računalima povezanim mašinama za šivenje, koje ljudi svakodnevno koriste kako bi svoje ime stavili na sportske jakne i dukseve. Izvezene antene su lagane i jednako dobre kao i njihovi kruti bakreni dijelovi, a mogu biti jednako zamršene kao i vrhunske tiskane pločice.
Naše antene s e-nitima mogu se čak kombinirati s uobičajenim nitima složenijih dizajna, poput integriranja antena u korporativne logotipe ili druge dizajne. Uspjeli smo uklopiti antene na tkanine tanke poput organze i debele kao Kevlar. Nakon što se veze, žice se mogu spojiti na senzore i baterije tradicionalnim lemljenjem ili fleksibilnim međusobnim spajanjem koji međusobno spajaju komponente.
Do sada smo uspjeli stvoriti pametne šešire koji čitaju duboke moždane signale za pacijente s Parkinsonovom bolešću ili epilepsijom. Izvezli smo majice s antenama koje proširuju raspon Wi-Fi signala na mobilni telefon korisnika. Napravili smo i prostirke i pokrivače za praćenje visine dojenčadi kako bi se pregledalo različite zdravstvene bolesti u ranom djetinjstvu. Napravili smo sklopive antene koje mjere koliko se površina tkanine savijala ili podizala.
Prelazeći preko antene
Moj laboratorij također surađuje s drugim istraživačima države Ohio, uključujući kemičarku Anne Co i liječnika Chandan Sena, kako bi napravio fleksibilne minijaturne generatore napajanja od tkanine.
Ispisani na tkanini, metali mogu stvarati snagu. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Mi koristimo postupak poput inkjet tiska za postavljanje naizmjeničnih područja srebra i cinka na tkanini. Kad ti metali dođu u kontakt sa znojem, fiziološkom otopinom ili čak tekućinom koji se ispušta iz rana, srebro djeluje kao pozitivna elektroda, a cink služi kao negativna elektroda - i struja protječe između njih.
Stvorili smo male količine električne energije samo tako što tkanina bude vlažna - bez potrebe za dodatnim krugovima ili komponentama. Potpuno fleksibilan, izvor energije koji se može prati, i koji se može povezati s drugom nošenom elektronikom, eliminirajući potrebu za uobičajenim baterijama.
Zajedno i pojedinačno, ova fleksibilna, nosiva elektronika transformirat će odjeću u povezane, osjetljive, komunikacijske uređaje koji se umrežu s tkaninom međusobno povezanih 21. stoljeća.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Asimina Kiourti, docentica za elektrotehniku i računalno inženjerstvo na Državnom sveučilištu Ohio
