Вшитая электроника станет новым поколением «умной» одежды

Первобытный человек впервые оделся около 170 тысяч лет назад, еще во времена ледников. Сегодня, спустя тысячелетия, современная одежда не имеет принципиального отличия от той, что носили наши далекие праотцы. Однако совсем скоро это полностью изменится: «умная» одежда, которая уже появилась в нашей жизни, станет совершеннее за счет гибкой и моющейся электроники, вшитой в ткани.

Перспективы применения «умных» тканей

Уже сегодня существует множество предметов одежды со встроенными электронными элементами для выполнения различных функций: леггинсы, производящие небольшие вибрации в процессе занятия йогой; бюстгальтеры, которые регистрируют частоту работы сердечной мышцы при выполнении активных физических упражнений; майки для контроля производительности спортсменов.

Внедрение «смарт-тканей» имеет обширные перспективы в области охраны здоровья человека. Так, становится возможным измерять ритм сердца и артериальное давление у пациентов медицинских учреждений, а также проводить мониторинг состояния здоровья военнослужащих и уровень их физической активности.

«Умные» волокна найдут полезное применение в автомобилестроении: можно производить регулировку подогрева сидений для комфорта водителя и пассажиров. Даже в таком перспективном направлении как проектирование «умных» городов эти материалы можно применить для создания устройств, позволяющих передавать информацию людям.

В перспективе электронные составляющие «умной» одежды (датчики, антенны для передачи данных, элементы питания) должны стать миниатюрными, эластичными и практически невидимыми для носителя. Отчасти это существует уже сегодня, ведь многие электронные компоненты поддаются стирке. Тем не менее, подавляющее большинство передатчиков и батарей по-прежнему представлены в твердом исполнении и остаются водопроницаемыми. Перед тем, как постирать одежду, электронную часть требуется отсоединять.

Исследователи из Лаборатории электротехники Университета Огайо (США) ведут активную работу над тем, чтобы изготовить антенны и аккумуляторные батарейки максимально гибкими и стирающимися. Так, они вшивают электронную начинку напрямую в ткань, используя токопроводящие нити, так называемые «e-threads».

Вшитые антенны

«Э-нити» представляют собой связанные в пучки группы ниток на основе полимерного материала, каждая их которых покрыта металлом для проведения электричества. Полимерная сердцевина нити отливается из кевлара или цилона, а материалом покрытия служит серебро. Десятки и даже сотни этих ниток скручиваются в единую электронную жилу, диаметр которой колеблется в пределах полмиллиметра.

Такие электронные нити вполне можно использовать в компьютерных вышивальных устройствах. Например, для того, чтобы размещать логотипы на предметах одежды. Вшитые антенны получаются такими же легковесными и качественными, как и их аналоги из меди, но, в то же время, они могут иметь усложненную структуру, как новейшие печатные платы.

Передатчики с электронными потоками можно сочетать с обычными нитками в более сложном варианте, например, вставлять их в фирменные логотипы или другие изображения. После вшивания провода можно подключить к датчикам и аккумуляторам с помощью привычной пайки либо гибких соединений.

Разработчиками из Университета Огайо изобретены «умные» головные уборы, которые способны читать импульсы мозга пациентов, страдающих болезнью Паркинсона или эпилепсией. Уже существуют майки с вшитыми передатчиками, которые увеличивают широту сигналов Wi-Fi на мобильном устройстве пользователя. Разработаны специальные маты и простыни для контроля роста младенцев. А также складывающиеся антенны для измерения степени изгиба поверхности, на которой лежит ткань.

Материя, производящая электричество

Сотрудники Лаборатории электротехники ведут разработки гибких миниатюрных генераторов электроэнергии на основе тканей.

Для чередования участков серебра и вкраплений цинка применяется струйная печать. Когда эти металлы соприкасаются с потом, физиологическим раствором или даже жидкими выделениями из ран, серебро становится положительным электродом, а цинк выступает в роли отрицательного. В результате, между ними протекает электрический ток. То есть произвести определенное количество электричества можно, просто увлажнив материю, без использования сторонних схем или устройств. Это абсолютно пластичный, водонепроницаемый генератор электрической энергии, который можно подключить к другой электронике, не используя традиционные аккумуляторы.

Таким образом, гибкая, пригодная для носки и стирки электроника вскоре преобразует обычную ткань в подключаемое, воспринимающее, коммуникационное устройство. А это означает создание и повседневное применение принципиально новой одежды 21-го столетия.