Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Инженеры рассматривают вышивку как недорогое решение для создания носимой электроники

Инженеры рассматривают вышивку как недорогое решение для создания носимой электроники
Инженеры рассматривают вышивку как недорогое решение для создания носимой электроники

Вышивка пряжи, генерирующей энергию, на ткани позволила исследователям встроить в одежду сенсорную панель с цифровым питанием и датчики движения. Этот метод предлагает недорогой, масштабируемый потенциальный метод создания носимых устройств.

«Наша техника использует вышивку, которая довольно проста — вы можете сшивать нашу пряжу прямо на ткани», — сказал ведущий автор исследования Ронг Инь, доцент кафедры текстильной инженерии, химии и науки в Университете штата Северная Каролина. «Во время производства ткани вам не нужно ничего думать о носимых устройствах . Вы можете интегрировать пряжу, вырабатывающую энергию, после того, как предмет одежды будет изготовлен».

В исследовании, опубликованном в Nano Energy , исследователи протестировали несколько конструкций пряжи, вырабатывающей энергию. Чтобы сделать их достаточно прочными, чтобы выдерживать натяжение и изгиб в процессе вышивания, они в конечном итоге использовали группу из пяти имеющихся в продаже медных проволок с тонким полиуретановым покрытием. Затем они пришивали их к хлопчатобумажной ткани другим материалом, называемым ПТФЭ.

«Это недорогой метод изготовления носимой электроники с использованием коммерчески доступных продуктов», — сказал Инь. «Электрические свойства наших прототипов были сравнимы с другими конструкциями, основанными на том же механизме выработки энергии».

Исследователи полагались на метод генерирования электричества, называемый « трибоэлектрическим эффектом », который включает использование электронов, которыми обмениваются два разных материала, например, статическое электричество. Они обнаружили, что ткань из ПТФЭ показала наилучшие характеристики с точки зрения напряжения и тока при контакте с медными проводами с полиуретановым покрытием по сравнению с другими типами тканей, которые они тестировали, включая хлопок и шелк. Они также протестировали покрытие образцов вышивки плазмой, чтобы усилить эффект.

«В нашей конструкции у вас есть два слоя: один — это ваши проводящие медные провода с полиуретановым покрытием, а другой — тефлоновый, и между ними есть зазор», — сказал Инь. «Когда два непроводящих материала соприкасаются друг с другом, один материал потеряет часть электронов, а другой получит часть электронов . Когда вы соедините их вместе, возникнет ток».

Исследователи протестировали свои нити в качестве датчиков движения, вышив их тканью из ПТФЭ на джинсовой ткани. Они поместили вышитые нашивки на ладонь, под руку, на локоть и колено, чтобы отслеживать электрические сигналы, генерируемые при движении человека. Они также прикрепили ткань со своей вышивкой к стельке обуви, чтобы проверить ее использование в качестве шагомера, обнаружив, что их электрические сигналы различаются в зависимости от того, идет ли человек, бежит или прыгает.

Наконец, они протестировали свою пряжу в текстильной цифровой клавиатуре на руке, которую они сделали, вышив цифры на куске хлопчатобумажной ткани и прикрепив их к куску ткани из ПТФЭ. В зависимости от числа, которое человек нажал на клавиатуре, он видел разные электрические сигналы, генерируемые для каждого числа.

«Вы можете вышивать нашу пряжу на одежде, и когда вы двигаетесь, она генерирует электрический сигнал, и эти сигналы можно использовать в качестве датчика», — сказал Инь. «Когда мы помещаем вышивку в обувь, если вы бежите, она генерирует более высокое напряжение, чем если бы вы просто шли. используется как интерфейс».

Поскольку текстильные изделия неизбежно будут стираться, они проверили долговечность своего дизайна вышивки в серии тестов на стирку и протирание. После ручной стирки и полоскания вышивки моющим средством, а также сушки в духовке они не обнаружили разницы или небольшого увеличения напряжения. Для прототипа, покрытого плазмой, они обнаружили ослабленные, но все же более высокие характеристики по сравнению с исходным образцом. После испытания на истирание они обнаружили, что после 10 000 циклов трения не произошло значительного изменения выходной электрической мощности их конструкций.

В будущем они планируют интегрировать свои датчики с другими устройствами, чтобы добавить больше функций.

«Следующий шаг — интегрировать эти датчики в носимую систему», — сказал Инь.

Теги: киборг, Новости Hi-Tech

В тренде