У тканину вбудували волокна зі зміненими властивостями
Американські інженери навчилися створювати тканину з вбудованими функціональними волокнами. Один вид волокон складається зі сплаву з пам'яттю форми і дозволяє згинати тканину, другий містить в собі сплав з низькою температурою і змінює жорсткість тканини, а третій працює як датчик дотику. Статтю про розробку опубліковано в журналі.
Частина інженерів і дослідників з області матеріалознавства займаються розробкою технологій для розумного одягу - такої, яка могла б самостійно виконувати роль окремих носимих пристроїв. Найпростіший підхід до розумного одягу передбачає, що в звичайну куртку або толстовку вбудовується датчик, синхронізований зі смартфоном. Наприклад, таку куртку розробили Google і levi's. Є й більш складні приклади, в яких істотна частина одягу оснащується незвичайними для неї компонентами. Наприклад, є розробки, в яких тканину одягу оснащували десятками датчиків температури і руху або шаром, що світиться. Але в більшості випадків всі ці «добавки» не змінюють основні властивості тканини.
Інженери з Єльського університету на чолі з Ребеккою Крамер-Ботільйо (Rebecca Kramer-Bottiglio) придумали нові способи вбудовування в тканину додаткових елементів, що роблять її активною. Вони запропонували три види волокон з різними властивостями, які можна або використовувати окремо, або разом один з одним, щоб створити багатофункціональний пристрій або предмет одягу.
Перший вид - це активне волокно з нитинола, сплаву з ефектом пам'яті форми. Інженери нагрівали нитки до 390 градусів Цельсія і задавали йому основну форму. Потім його охолоджували і деформували в форму, яка потрібна для конкретного застосування. Після цього сплав можна нагріти на кілька десятків градусів, пропустивши через нього електричний струм, і він повернеться в основну форму, задану при високій температурі. Автори запропонували робити нитинолові актуатори не круглими в перетині, а прямокутними зі співвідношенням сторін 1:2,5. Це не дає актуатору повертатися поза заданою площиною згину. Також вони вирішили вбудовувати актуатори в тканину не по одному, а парами з протилежних сторін. Це дозволяє після вигину тканини в одному напрямку згинати її в зворотному, активуючи актуатор-антагоніст.
Другий вид - це волокно зі змінюваною жорсткістю. Воно складається на 46 відсотків зі сплаву Філда і на 54 з епоксидної смоли і має структуру епоксидної матриці з металевими включеннями. Також всередині розташований сталевий дріт для нагрівання струмом. У діапазоні від 45 до 60 градусів Цельсія біля епоксидної смоли відбувається перехід між склоподібним і в'язким станом, при яких значно змінюється її жорсткість. У сплава Філда фазовий перехід відбувається за температури 62 градусів Цельсія. Нагрівання струмом відбувається дуже швидко, а на остивання нижче температури скловування епоксидної смоли йде близько 20 секунд.
Третій вид - це датчик, що складається з полідіметилсілоксану і вуглецевих наночастинок. Він виступає в ролі провідника, який сильно змінює провідні властивості при невеликому розтягненні. Його можна друкувати або наносити вручну на тканину і використовувати як датчик зміни форми або руйнувань.
Як приклад автори показали три прототипи. Один з них являє собою активний джгут, надіваний на руку. Він здатний виявити пошкодження поверхні зі зміни показань сенсорної смужки і в такому випадку стискається навколо руки за допомогою волокон з пам'яттю форми і збільшує власну жорсткість за допомогою епоксидно-металевих волокон. Другий прототип являє собою збільшувану в обсязі подушку, яка після цього фіксує нову форму волокнами зі змінюваною жорсткістю і витримує вагу вантажу. Третій прототип - це літак, який може закручувати крило навколо фюзеляжу.
В області розумної тканини є й інші примітні розробки. Наприклад, раніше ми розповідали про тканини з гнучкими мікробними паливними елементами і 3D-друкованої тканини з кнопками.