Исследователи считают, что вышивка на глазу находится на низком уровне

Вышивка нитей, генерирующих электроэнергию, на ткани позволила исследователям встроить в одежду цифровой сенсорный экран с автономным питанием и датчики движения.Техника предлагаетнедорогой, масштабируемый потенциальный метод изготовления носимых устройств.

«В нашей технике используется вышивка, которая довольно проста — вы можете сшить нашу пряжу прямо на ткани», — сказал ведущий автор исследования Ронг Инь, доцент кафедры текстильного машиностроения, химии и науки в Университете штата Северная Каролина. «При производстве тканей вам не нужно ничего думать о носимых устройствах. Вы можете интегрировать генерирующие энергию нити уже после того, как предмет одежды будет изготовлен».

В исследовании, опубликованном в журнале Nano Energy, исследователи протестировали несколько конструкций пряжи, генерирующей энергию. Чтобы сделать их достаточно прочными, чтобы выдерживать напряжение и изгиб в процессе вышивки, они в конечном итоге использовали вместе пять имеющихся в продаже медных проводов с тонким полиуретановым покрытием. Затем они пришили их на хлопчатобумажную ткань с другим материалом под названием ПТФЭ.

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

Исследователи использовали метод генерации электричества, называемый «трибоэлектрический эффект», который предполагает использование электронов, которыми обмениваются два разных материала, например статическое электричество. Они обнаружили, что ткань из ПТФЭ имела лучшие характеристики по напряжению и току 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 для усиления эффекта.

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

Исследователи протестировали свою пряжу в качестве датчиков движения, вышивая ею ткань из ПТФЭ на джинсовой ткани. Они разместили нашивки на ладони, под мышкой, в локте и колене, чтобы отслеживать электрические сигналы, генерируемые при движении человека. Они также прикрепили ткань с вышивкой к стельке обуви, чтобы проверить ее использование в качестве шагомера, и обнаружили, что их электрические сигналы различаются в зависимости от того, шел ли человек, бегал или прыгал.

Наконец, они протестировали свою пряжу на 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 нажимал 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, и если вы бежите, она генерирует более высокое напряжение, чем если бы вы просто шли. Когда мы вышивали цифры на ткани и прижимали их, для каждой цифры генерируется разное напряжение. Это может быть используется в качестве интерфейса».

Поскольку текстильные изделия неизбежно подвергаются стирке, они проверили долговечность своего дизайна вышивки в серии тестов на стирку и трение. После ручной стирки и полоскания вышивки моющим средством, а также сушки в духовке они не обнаружили никакой разницы или небольшого повышения напряжения. Для прототипа, покрытого плазмой, они обнаружили ослабленные, но все же превосходящие характеристики по сравнению с исходным образцом. После испытания на истирание они обнаружили, что после 10 000 циклов трения не произошло существенных изменений в электрических характеристиках их конструкций.

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