Что такое электронная ткань
Электронная ткань
Электронная ткань.
Электронная ткань:
Электронная ткань сохраняет в себе естественные качества обычной ткани : легкость, эластичность и мягкость.
По способу вида интеграции электронных компонентов и тканей различают два вида электронных тканей:
– электронную ткань , которая содержит электронное оборудование (проводники, интегральные схемы, ЖК-дисплеи, аккумуляторы и пр., встраиваемые непосредственно в предметы одежды),
Анонс этой статьи будет предельно кратким: в этой статье пойдет разговор об электронной ткани, сегодняшних успехах в ее получении и перспективах ее использования в будущем.
Не так давно мы вошли в тот период развития технологий, когда электронные компоненты настолько миниатюризировались, что создание крохотных гаджетов перестало быть проблемой для инженеров.
Проблемой стали сами люди, потому что управлять, да и просто удерживать в руке устройство меньше, чем среднестатистический сотовый телефон неудобно чисто анатомически. И всё же, вектор на увеличение компактности электронных устройств обещает нам открытие новых горизонтов.
А развитие нанотехнологий стало, фактически, краеугольным камнем, на котором будут основаны все прорывные изобретения и технологии: создание новых, «анатомических» интерфейсов для взаимодействия человека с электронными устройствами, снижение энергопотребления и веса, внедрение электроники в традиционные «аналоговые» сферы.
Например, гибкие экраны и «электронная ткань». В последние годы периодически появляются новости от разных компаний, рапортующих о создании прототипов гибких экранов. Судя по всему, мы достаточно близки к появлению первых коммерческих образцов по-настоящему носимой электроники. Однако сам принцип носимости подразумевает интеграцию цифровых технологий прямо в одежду. И идея создания «умной» одежды не то что бы давно витает в воздухе, а работы по ней тоже ведутся в различных странах. Однако практическая реализация этой идеи упирается в целый ряд пока непреодолённых технологических задач, из которых одной из важнейших является обеспечение компактности и высокой ёмкости источника энергии.
Одним из решений может стать создание ткани, которая самостоятельно генерирует и хранит запас электричества.
Успехи науки
Рис. 1.
Недавно представители Китайской Академии Наук (кто бы мог подумать) и Вуханьской Национальной Лаборатории Оптоэлектроники (Wuhan National Laboratory for Optoelectronics) сообщили о том, что
им удалось вырастить образец ткани из наночастиц диоксида свинца на подложке из углерода путём компоновки пустотелых нанотрубок диоксида свинца в переплетённую структуру.
Материал нанотрубок обладает свойствами широкополосного полупроводника с высокой квантовой эффективностью в ультрафиолетовом диапазоне. Это делает его хорошим материалом как для электродов в элементах питания, так и для улавливания света.
Команда китайских учёных объединила в одном устройстве «сотканные» из диоксида кремния ультрафиолетовый фотодетектор и литий-ионную батарею.
Их целью было создать не требующий внешнего источника питания гибкий фотодетектор, которому можно придать любую форму. Получившееся устройство по своей производительности сравнимо с «традиционными» и, что гораздо важнее, не теряет своей эффективности даже в свёрнутом виде.
Рис. 2.
По словам создателей, изначально это было вызовом: изготовить подобною ткань большой площади с сохранением именно тканной структуры. И теперь они считают, что задача создания правильно организованной структуры из выращенного плотного слоя нанотрубок на углеродной подложке может быть надёжно решена.
Исследователи выразили радость от того, что получившееся устройство «является очень простой системой, обладающей преимуществами регулируемого размера и портативности».
Представитель Университета Тунцзи (Tonji University), занимающийся исследованиями материалов для электронной и химической промышленностей, отметил низкую стоимость изготовления этого прототипа гибкого электронного устройства, обладающего «уникальным потенциалом при создании гибких, эластичных и носимых электронных систем». Также учёный подчеркнул, что основной проблемой в разработке подобных устройств является обеспечение достаточной механической прочности и износоустойчивости.
Зачем это нужно?
Как видим, китайцы поставили перед собой задачу фактически превратить одежду в солнечную батарею. Причём в батарею, направленную сразу во все стороны, условно не имеющую веса (мы ведь всё равно носим одежду), гораздо менее хрупкую по сравнению с традиционными кремниевыми батареями, да ещё и аккумулирующую в себе электричество. Без сомнения, подобная одежда будет полезна всем и каждому.
Интеграция мобильного компьютера с GSM-модулем в куртку из электрогенерирующей ткани позволит, при должном освещении, вообще забыть о такой вещи, как зарядное устройство. Сегодняшние айпады и айфоны станут таким же нелепым и громоздким анахронизмом, как сегодня выглядят будки общественных таксофонов на улице.
Заглянем немного дальше: с дальнейшей миниатюризацией электроники станет возможной массовая коммерческая имплантация различных устройств. И тут вопрос электропитания встанет в другой плоскости: не как долго, а как? И применение электрогенерирующей одежды для питания имплантов на первых порах может стать единственным способом.
Рис. 3.
Куда счастливее по сравнению с мирными гражданами будут военные: сегодня перспективные комплексы индивидуального оснащения солдат подразумевают ношение на себе до 6 кг аккумуляторов для носимого компьютера, радиостанции, прибора ночного видения, лазерного целеуказателя и фонаря. При этом срок работы всей этой красоты от аккумуляторов также весьма невелик. Представьте, насколько расширятся возможности военных, которым удастся одеть каждого солдата в «самозаряжающуюся» форму и оснастить гибким, устойчивым к повреждениям компьютером, передающим информацию о местонахождении бойца его непосредственному командиру.
Операторы беспилотников смогут в реальном времени видеть расположение своих, что позволит существенно повысить их эффективность и снизить потери от дружественного огня. Вот оно, перенесение принципа сегодняшних стратегических игрушек в реальную жизнь, привет любителям Starcraft и Command & Conquer.
В более отдалённом будущем одежда, изготовленная из оптоволокна, позволит реализовать принцип оптического камуфляжа, когда человек словно становится прозрачным. Помните, как в прекрасном аниме Ghost in the Shell (Призрак в доспехах) комбинезон главной героини словно становился стеклянным, делая её почти невидимой? Да что там аниме, все ведь смотрели «Хищника» с незабвенным Шварценеггером, какое впечатление произвёл «прозрачный» камуфляж инопланетянина. Самое интересное, что сейчас уже ведутся научно-исследовательские работы и есть первые практические результаты по созданию подобных технологий.
Рис. 4.
Создана ткань, на которую можно выводить изображения. Она подходит для шитья одежды
В будущем люди будут носить одежду со встроенными дисплеями и в это с каждым разом верится все больше. Китайским ученым удалось создать 6-метровую ткань, на которую можно выводить любую информацию. Причем речь идет не о материале с наклеенным сверху «гибким» дисплеем, который ломается через несколько часов использования. Созданный материал — это что-то вроде симбиоза между хлопковой пряжей и светящимися нитями. Ткань можно складывать и даже мыть сотни раз без боязни что-то сломать. Разработчики нового материала вкратце рассказали, из чего именно он состоит и в каких целях его можно использовать. Например, одежда из такой ткани может помочь немым людям разговаривать с окружающим миром. Также можно сшить одежду, которая в реальном времени показывает информацию о состоянии здоровья людей. В общем, технология крутая и если она приживется, мы сможем менять рисунки на своих футболках так же легко, как меняем обои на рабочем столе компьютера. Давайте поговорим обо всем этом подробнее.
Так выглядит включенная «электронная ткань». Красиво, не так ли?
Электронная одежда будущего
О новом материале для шитья одежды было рассказано в издании ABC News. Он был создан путем сплетения проводящих электричество и светящихся нитей с обычной хлопковой пряжей. Ученым удалось создать кусок ткани длиной 6 метров и шириной 25 сантиметров. В рулоне содержится 500 000 пикселей, расположенных на расстоянии 800 микрон друг от друга. Ткань выдерживает 1000 циклов сгибания, растяжения и сжатия, а также 100 циклов стирки и сушки. Изображение на материале такое же яркое, как и на экране телевизора. И материал хорошо пропускает воздух — в такой одежде кожа явно будет хорошо «дышать».
Рулон электронной ткани
Чтобы выводить информацию на созданный фрагмент ткани, можно подключить к нему клавиатуру — видимо, материал уже соединен с небольшим компьютером. Также можно добавить Bluetooth-модуль, при помощи которого ткань синхронизируется со смартфоном и выводит уведомления о новых сообщениях. Если оснастить ткань чувствительными к нажатиям нитками, ответ на эти сообщения можно будет писать просто нажимая на виртуальную клавиатуру, выведенной на одежду. Звучит круто и было бы забавно видеть людей с такими футболками на улице. Можно сказать, что это неплохая альтернатива «умным часам», хоть и непривычная.
Для чего нужна одежда будущего?
Чтобы доказать, что одежда из нового материала действительно полезна, ученые провели эксперимент. В его рамках добровольцы носили датчики для считывания активности головного мозга. Данные передавались на небольшой компьютер, который отправлял на дисплей информацию об эмоциональном состоянии человека. Когда люди находились в спокойной обстановке, на 22-сантиметровом фрагменте ткани появлялась надпись «расслаблен». А когда они играли в компьютерные игры, выводилась надпись «встревожен».
Одежду будущего можно использовать для общения и даже как навигатор
Также ученые считают, что одежда из нового материала позволит немым людям общаться с окружающими. Выше я уже отметил, что к ткани можно присоединить клавиатуру или вовсе подключиться к ней. Так почему бы не сделать так, чтобы люди могли писать сообщения на футболках? Да и вообще, у одежды из такого материала можно хоть каждый день менять дизайн. Так же легко, как поменять заставку на смартфоне или компьютере.
Благодаря новому материалу, менять принты на футболках можно будет хоть каждый день
Разработчики ткани считают, что для ее питания должно хватить 36 вольт. Конечно, от пальчиковых батарей такая одежда работать не будет, но необходимый аккумулятор будет не таким уж и большим. Только вот носить на себе дисплей, питающийся от такого напряжения — идея так себе. При всем этом, ученые сообщили, что с ними уже ведут переговоры некоторые компании. В общем, технология очень перспективная и сам факт создания огромного фрагмента ткани с функцией дисплея — это большой прорыв.
Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!
Ученые уже давно пытаются разработать одежду, которая способна выводить на себя разные изображения. В 2015 году попытки вплести светодиодные волокна в фабричную ткань предпринимали корейские ученые. Само собой разумеется, мы об этом писали — вот статья. Только вот так называемой «одежды будущего» в продаже до сих пор нет. Остается надеяться на силы китайских ученых, ведь кто знает — может именно этот проект станет успешным?
Под конец хотелось бы узнать — носили бы вы одежду, которая подключена к аккумулятору и требует зарядки, как смартфон? Какое бы применение вы нашли таким футболкам и рубашкам? Пишите в комментариях.
Электронная ткань
Не так давно мы вошли в тот период развития технологий, когда электронные компоненты настолько миниатюризировались, что создание крохотных гаджетов перестало быть проблемой для инженеров. Проблемой стали сами люди, потому что управлять, да и просто удерживать в руке устройство меньше, чем среднестатистический сотовый телефон неудобно чисто анатомически. И всё же, вектор на увеличение компактности электронных устройств обещает нам открытие новых горизонтов. А развитие нанотехнологий стало, фактически, краеугольным камнем, на котором будут основаны все прорывные изобретения и технологии: создание новых, «анатомических» интерфейсов для взаимодействия человека с электронными устройствами, снижение энергопотребления и веса, внедрение электроники в традиционные «аналоговые» сферы. Например, гибкие экраны и «электронная ткань». В последние годы периодически появляются новости от разных компаний, рапортующих о создании прототипов гибких экранов. Судя по всему, мы достаточно близки к появлению первых коммерческих образцов по-настоящему носимой электроники. Однако сам принцип носимости подразумевает интеграцию цифровых технологий прямо в одежду. И идея создания «умной» одежды не то что бы давно витает в воздухе, а работы по ней тоже ведутся в различных странах. Однако практическая реализация этой идеи упирается в целый ряд пока непреодолённых технологических задач, из которых одной из важнейших является обеспечение компактности и высокой ёмкости источника энергии. Одним из решений может стать создание ткани, которая самостоятельно генерирует и хранит запас электричества.
Успехи науки
Недавно представители Китайской Академии Наук (кто бы мог подумать) и Вуханьской Национальной Лаборатории Оптоэлектроники (Wuhan National Laboratory for Optoelectronics) сообщили о том, что им удалось вырастить образец ткани из наночастиц диоксида свинца на подложке из углерода путём компоновки пустотелых нанотрубок диоксида свинца в переплетённую структуру. Материал нанотрубок обладает свойствами широкополосного полупроводника с высокой квантовой эффективностью в ультрафиолетовом диапазоне. Это делает его хорошим материалом как для электродов в элементах питания, так и для улавливания света. Команда китайских учёных объединила в одном устройстве «сотканные» из диоксида кремния ультрафиолетовый фотодетектор и литий-ионную батарею. Их целью было создать не требующий внешнего источника питания гибкий фотодетектор, которому можно придать любую форму. Получившееся устройство по своей производительности сравнимо с «традиционными» и, что гораздо важнее, не теряет своей эффективности даже в свёрнутом виде.
По словам создателей, изначально это было вызовом: изготовить подобною ткань большой площади с сохранением именно тканной структуры. И теперь они считают, что задача создания правильно организованной структуры из выращенного плотного слоя нанотрубок на углеродной подложке может быть надёжно решена. Исследователи выразили радость от того, что получившееся устройство «является очень простой системой, обладающей преимуществами регулируемого размера и портативности». Представитель Университета Тунцзи (Tonji University), занимающийся исследованиями материалов для электронной и химической промышленностей, отметил низкую стоимость изготовления этого прототипа гибкого электронного устройства, обладающего «уникальным потенциалом при создании гибких, эластичных и носимых электронных систем». Также учёный подчеркнул, что основной проблемой в разработке подобных устройств является обеспечение достаточной механической прочности и износоустойчивости.
Зачем это нужно?
Как видим, китайцы поставили перед собой задачу фактически превратить одежду в солнечную батарею. Причём в батарею, направленную сразу во все стороны, условно не имеющую веса (мы ведь всё равно носим одежду), гораздо менее хрупкую по сравнению с традиционными кремниевыми батареями, да ещё и аккумулирующую в себе электричество. Без сомнения, подобная одежда будет полезна всем и каждому. Интеграция мобильного компьютера с GSM-модулем в куртку из электрогенерирующей ткани позволит, при должном освещении, вообще забыть о такой вещи, как зарядное устройство. Сегодняшние айпады и айфоны станут таким же нелепым и громоздким анахронизмом, как сегодня выглядят будки общественных таксофонов на улице. Заглянем немного дальше: с дальнейшей миниатюризацией электроники станет возможной массовая коммерческая имплантация различных устройств. И тут вопрос электропитания встанет в другой плоскости: не как долго, а как? И применение электрогенерирующей одежды для питания имплантов на первых порах может стать единственным способом.
Куда счастливее по сравнению с мирными гражданами будут военные: сегодня перспективные комплексы индивидуального оснащения солдат подразумевают ношение на себе до 6 кг аккумуляторов для носимого компьютера, радиостанции, прибора ночного видения, лазерного целеуказателя и фонаря. При этом срок работы всей этой красоты от аккумуляторов также весьма невелик. Представьте, насколько расширятся возможности военных, которым удастся одеть каждого солдата в «самозаряжающуюся» форму и оснастить гибким, устойчивым к повреждениям компьютером, передающим информацию о местонахождении бойца его непосредственному командиру. Операторы беспилотников смогут в реальном времени видеть расположение своих, что позволит существенно повысить их эффективность и снизить потери от дружественного огня. Вот оно, перенесение принципа сегодняшних стратегических игрушек в реальную жизнь, привет любителям Starcraft и Command & Conquer.
В более отдалённом будущем одежда, изготовленная из оптоволокна, позволит реализовать принцип оптического камуфляжа, когда человек словно становится прозрачным. Помните, как в прекрасном аниме Ghost in the Shell (Призрак в доспехах) комбинезон главной героини словно становился стеклянным, делая её почти невидимой? Да что там аниме, все ведь смотрели «Хищника» с незабвенным Шварценеггером, какое впечатление произвёл «прозрачный» камуфляж инопланетянина. Самое интересное, что сейчас уже ведутся научно-исследовательские работы и есть первые практические результаты по созданию подобных технологий.
е-ткани: Электроника в текстиле
В новостях довольно часто стал появляться термины e-garment и e-fabrics или smart materials. Википедия переводит их как «е-ткани» или «интеллектуальный текстиль».
Е-ткани (также «умные ткани») — вид текстиля, содержащий электронику (включая микрочипы), в котором применены цифровые технологии. Многие виды высокотехнологичной, умной одежды, а также технологии, которые применяются при её производстве, содержат электронный текстиль.
Электронный текстиль следует отличать от приборов, относящихся к классу носимых компьютеров, встраиваемых в компоненты одежды, так как упор делается именно на бесстыковое встраивание в ткань электронных компонентов, таких микрочипы, датчики или включатели.
Такого рода технологии объединяются под общим термином Файбертроника (англ. fiber — волокно и electorincs —электроника). Данная дисциплина занимается изучением применения возможностей электроники при производстве тканей.
Фундаментально инжиниринг текстиля не для обычной, повседневной одежды развивается по следующим направлениям:
В России направление «интеллектуального текстиля» известно, но на сегодня это тема для гиков, увлеченных энтузиастов, не рассматривается как «рыночное окно» или возможность для развития.
Одежда — новая платформа для носимой электроники
Сегодня обычная одежда обладает незадействованным потенциалом стать платформой для интегрирования в нее носимой электроники.
Канадская лаборатория протестировала специальные волокна, которые позволяют при помощи специально разработанной ткацкой технологии создавать эластичные сенсорные экраны и батареи, вплетаемые прямо в ткань-основу.
Интегрирование электронных компонентов для умного материала с новым функционалом не далось легко. Первая идея была – «хорошо, чтобы электроника располагалась прямо на одежде, под рукой». Мир уже прошел увлечение подобными устройствами – многие спортивные компании реализовали в своих изделиях кнопки плеера, выведенные на рукав куртки.
«Мы хотим, чтобы люди не догадывались, насколько усложняется ткань, а просто чтобы они начали пользоваться новыми функциями»- говорит Максим Скоробогатый, физик Политехнической школы Монреаля.
Это должна быть привычная одежда, но при этом автономное устройство, которое может зарядить себя, накопить, сохранить энергию и выполнять полезные функции. В противном случае – это усложнение и дополнительная нагрузка, которая никому не нужна в обыденной жизни».
Эта философия мотивировала разработчика собрать разностороннюю команду исследователей, ориентированных на создание эластичной версии частей гаджета, в том числе и мультитач-экранов, батарей и даже транзисторных микросхем. Эти технологии могут стать прообразом смарт-одежды, которая следит за состоянием здоровья, внешними условиями, сопровождает и ориентирует, и даже действует как носимый на теле компьютер.
Изображение гибкой батареи, разработанной в лаборатории Максимом Скоробогатым. Политехническая школа Монреаля.
«Проблема большинства вариаций «мягкой электроники», которую пытаются выводить на рынок в том, что это просто обычные гаджеты, прикрепляемые на одежду. Мы же пытаемся интегрировать электронику прямо в текстиль, буквально вплетая элемент за элементом,» — говорит Скоробогатый. «Большинство электроники изначально технологически не предназначены для ткацких операций».
Некоторые лаборатории избрали иной путь – пытались равномерно разместить наночастицы проводника внутри обычной хлопковой ткани. Но это оказалось тупиковым путем, поскольку не удалось добиться стабильности свойств и использовалось недопустимо большое количество химикатов.
В свою очередь, лаборатория Скоробогатова избрала собственный путь: разработала текстильные волокна, которые являются оптоволокнами, способными нести телевизионный и интернет-сигнал, передавать электрические сигналы.
Собственная методика позволила канадской команде сделать экструдированное из полимерного расплава волокно, которое остается достаточно гибким для дальнейшего ткачества.
Исследователи сумели сплести волокна в гибкую сенсорную панель, которая может выступать как мультитач-экран
Также они смогли сплести из волокон экспериментальную сенсорную панель, которая обладает частичными возможностями задуманной мультитач-технологии, похожей на то, чем обладают смартфоны и планшеты. Эта работа была опубликована в январском номере «Smart Materials and Structures».
Далее, они сделали плоские листы батарей сочетая слои традиционных литиевых батарей с термопластичным связующим материалом. Лаборатория Скоробогатого научилась разрезать эти листы на тонкие полосы и смогла сплести матрицу, типичную для привычного текстиля. Достижение подробно описано журнале Американского Электрохимического Сообщества «American Electrochemical Society».
Изобретатели уже сегодня совершенно убеждены в неизбежности превращения одежды в носимый на поверхности тела гаджет с широким функционалом, но на сегодня серьезной психологической преградой является нерешительность крупных текстильных производителей работать с совершенно необычными волокнами. Канадские исследователи планомерно работают над свержением этих взглядов, шаг за шагом демонстрируя все новые возможности и приглашая дизайнеров экспериментировать с их достижениями.
Согнуть уже можно все, кроме…
Но одна большая проблема все же остается. Это – создание гибких микросхем и транзисторных элементов. Если лаборатории Скоробогатого удастся провернуть трюк с их созданием, они бы смогли создавать одежду с самыми необычными конфигурациями возможностей электронных гаджетов.
Мы движемся в сторону автономных текстильных батарей, электронных компонентов и датчиков, и все они сделаны в виде текстильной нити,» — сказал Скоробогатый. «На данный момент не хватает только процессоров».
Эта история была представлена InnovationNewsDaily.
Что еще могут е-ткани?
Мы в своих обзорах уже упоминали, например, светящуюся одежду, с интегрированными в ткань светодиодами. Какие еще реализации известны на сегодня? Что могут е-ткани? Как они могут изменить жизнь людей?
Корейский институт высоких технологий KAIST сегодня ведет разработки тканых дисплеев, позволяющих выводить на текстиль (одежду) изменяемую процессором цветографическую информацию. Перспектива – создать тканый экран для возможности передачи видео приемлемого изображения.
Дизайнеры Берлинского университета Искусств творчески используют светодиодные ткани для создания новых невиданных моделей с LED подсветкой на растяжимой матрице со стрейч-эффектом, которая сама может включаться в темное время, управляемая датчиками:
Вот пример более сложной светодиодной матрицы (была продемонстрирована на текстильной выставке «ТехТекстиль» во Франкфурте в 2015 году):
Royal Philips Electronics of the Netherlands
Одно из неожиданных применений электронного текстиля, стоящее на стыке наук и технологий, в прототипе предложила компания Royal Philips Electronics of the Netherlands.
Билирубинемия — или желтуха новорожденных — встречается у 60% младенцев при родах в срок и у 90% при преждевременных родах. Многим требуется срочная медицинская помощь в течение первых часов или дней жизни. Так вот именно для них и разработали билирубиновые одеяло, «конверт» и «кенгуру». Одеяло, которое лечит светом определенной длины волны, источником являются светодиоды синего терапевтического света.
Наиболее часто в поисковых запросах об электронных тканях в Интернете фигурирует авторитетная компания OHMATEX.
Несколько слов о ней. Это – истинные популяризаторы нового, энтузиасты и творцы.
Интересен сам подход в работе с клиентами. Они готовы вместе с клиентом искать функционал нового изделия на базе электронного текстиля.
OHMATEX
OHMATEX – компания, проектирующая электронные ткани и функционал
Простой слоган компании, открывающий сайт: «Принесите свои идеи в реальность!»
Прекрасный пример компании нового типа, где инновации проектируются с чистого листа.
Сильные реализации, проекты, выполненные компанией – костюм пожарного с датчиками температуры (разработан совместно с компанией VIKING), которые подают сигнал, анализируя время пребывания в опасной зоне.
Helly Hansen
Похожий проект, не менее важный и необходимый, позволяющий снизить риски от последствий – концепция костюма Sea-and-Safe для работы в море. Защитный костюм оснащен датчиками, которые в опасной ситуации – человека смыла за борт – подают сигнал опасности, дают индикацию его положения. Просто? Просто только в замысле, технологически – это сложная, многоступенчатая работа. Проект координировался совместно с компанией Helly Hansen.
Итак, электронный текстиль – не химера, не забава, не модная блажь. Все развивается, пока не понятно, как это изменит жизнь человечества, но совершенно точно, уже меняет.
Очень интересно дождаться чего-то подобного в России. Может быть, это будет именно ваш стартап?
⌛ Нет времени на web-сайты? Попробуйте наш Telegram и не забудьте про Instagram, Facebook, Вк и Twitter