Тканина зі світочними волокнами перетворила рукав на навігатор

Інженери з Китаю, Німеччини, США та Австралії створили тканину, що світиться і не боїться розтягнень та інших деформацій, що виникають при носінні одягу. На відміну від інших подібних тканин, у новій світиться не вся поверхня, а окремі пікселі, тому її можна використовувати як дисплей для розумного одягу: як приклад автори створили рукав з навігатором і текстовими повідомленнями. Стаття опублікована в.

Досить давно інженери запропонували на зміну поширеній сьогодні розумній електроніці іншу концепцію - розумний одяг. Вона припускає, що сам одяг буде вміти взаємодіяти з користувачем або навколишнім середовищем. На поточному етапі розвитку технологій розумний одяг існує вже не тільки у вигляді прототипів і його можна купити. Наприклад, у Google і Nokia є розумні куртки, але в обох випадках основна електроніка знаходиться в знімному модулі, що закріплюється на рукаві, тому їх можна розглядати і як звичайні предмети одягу, що продаються разом з носимим гаджетом.

У класичному розумінні, якого дотримуються багато інженерів з цієї області, сама основа розумного одягу повинна мати можливість інтерактивної взаємодії з людиною і навколишнім середовищем, тому більшість прототипів розумного одягу складаються з функціональних тканин, які можуть отримувати сигнали за допомогою сенсорних панелей або виводити інформацію (як правило, за допомогою світіння). У випадку зі світлими тканинами поки їх прототипи в основному можуть світитися або рівномірно по всій поверхні, або в окремих волокнах, але попередньо заданих.

Інженери під керівництвом Пейніна Ченя (Peining Chen) і Хуейшена Пена (Huisheng Peng) з Фуданського університету створили для розумного одягу тканину, в якій частину волокон утворюють пікселі, що світяться, які можна включати і вимикати незалежно від інших. Тканина складається з трьох видів волокон. В основі лежить бавовняні волокна, які утворюють базову перехрещується структуру, а в неї вплетено два інших види волокон: одне прозоре і електропровідне, а друге складається з електролюмінесцентного матеріалу, що випромінює світло під дією електричного поля. Функціональні волокна вплетені в основну сітку з бавовняного волокна перпендикулярно один одному.

При додатку напруги до двох перетинаючих волокнів - прозорого та електролюмінесцентного - в місці їх контакту виникає світіння. Таким чином, ці перетини можна розглядати як незалежні пікселі, які можна активувати в довільному порядку, щоб виводити на них інформацію.

Використавши цю конструкцію тканини, автори створили кілька прототипів, щоб показати її потенційні застосування. Найбільш примітний з них - це рукав з дисплеєм для сорочки. Крім дисплея в ньому є сенсорна панель, сонячна панель, виробляє енергію і акумулятор. Всі ці компоненти теж вплетені в тканину і складаються з волокон.

Клавіатура складається з вплетених у тканину вуглецевих і металевих волокон. У звичайному стані вони, хоча і знаходяться поруч, але не контактують, тому при підведенні напруги на перетині волокон утворюються елементи з великим опором. Якщо палець натискає на область клавіатури, волокна стикаються і опір різко падає. Сонячна панель складається з вплетених у тканину титанових ниток, на поверхні яких автори попередньо виростили нанотрубки з оксиду титану. Вони виступають в якості фотоанодів і дозволяють виробляти струм в ланцюгу, в який також включений акумулятор. Він складається з подвійних волокон: цинкової нитки і волокна з вуглецевих нанотрубок.

Вишивши основні компоненти на швейній машинці, інженери під'єднали до них зовнішній блок управління з мікроконтролером і Bluetooth-модулем, через який рукав може отримувати повідомлення, місце розташування та інші дані.

Один з прикладів того, як можна використовувати подібний розумний одяг - це навігація. У випадку з розумним рукавом на його поверхні під час ходьби відображається спрощена карта перехрестя і мітка поточного місця розташування. Також автори показали, що на рукав можна виводити повідомлення - іконку листа. Після цього користувач може натиснути на сенсорний екран і відкрити повідомлення - в такому випадку на дисплеї відобразиться текст послання.

Автори показали, що тканину можна застосовувати на практиці, піддавши її сильним навантаженням. Зокрема, вони м'яли її і згинали навпіл, а потім виміряли освітленість. З'ясувалося, що яскравість пікселів після цього різнилася менш ніж на 15 відсотків, тоді як спочатку цей показник становив 8 відсотків. Також інженери провели сто стирок з доданими сталевими кулями для підвищеного зносу і не виявили помітного падіння яскравості пікселів.

У 2018 році японські інженери створили прозорий і еластичний дисплей, який можна носити прямо на шкірі. Як приклад вони приклеїли його на долоню і вивели на нього дані про серцебиття людини.