Распространенные методы производства недорогого умного текстиля с датчиками

Jul 09, 2023

Элизабет Монтальбано | 05 июня 2023 г.

По их словам, исследователи нашли способ разработать умный текстиль со встроенными светодиодами, датчиками и другими электронными и подключенными компонентами на аналогичном оборудовании, которое используется для изготовления повседневной одежды.

Исследователи, международная группа во главе с Кембриджским университетом, продемонстрировали, что они могут использовать автоматизированные процессы, используемые сейчас на промышленных ткацких станках, для создания обычной одежды для изготовления умного текстиля без ограничений по ее размеру и форме. По их словам, эта работа может значительно снизить стоимость «умного текстиля», а также сделать его более доступным, поскольку сложность его производства серьезно ограничивает его производство и использование.

Исследование основано на предыдущей работе, которую команда представила в прошлом году, по разработке интеллектуального дисплея из волокон, покрытых материалами, которые позволяют растягиваться, что делает их совместимыми с традиционными процессами ткачества.

Последним достижением в этой работе является изготовление нескольких типов волоконных устройств, включая устройства накопления энергии, светодиоды и транзисторы, а затем их смешивание с обычными волокнами, синтетическими или натуральными, в автоматизированном процессе плетения. Затем они соединили эти устройства между собой с помощью электропроводящего клея и метода автоматизированной лазерной сварки.

Действительно, до того, как этот метод был разработан, их изготовление требовало специализированного микроэлектронного оборудования и миллиардов долларов инвестиций, отметил Сангё Ли из инженерного факультета Кембриджа, который работал над исследованием. «Кроме того, производство умного текстиля таким способом сильно ограничено, поскольку все должно быть изготовлено на тех же жестких пластинах, которые используются для изготовления интегральных схем, поэтому максимальный размер, который мы можем получить, составляет около 30 сантиметров в диаметре», — сказал он.

Сложность производства – не единственное, что ограничивает использование умного текстиля, отметил другой исследователь. Их «непрактичность» также делает их труднопродаваемыми, говорит Луиджи Оккипинти, соруководитель исследования инженерного факультета Кембриджа. «Вы думаете о изгибе, растяжении и складывании, которым приходится выдерживать обычные ткани, и становится непросто обеспечить такую ​​​​же долговечность в умном текстиле», - объяснил он.

Чтобы гарантировать, что полученный текстиль будет более прочным, чем тот, который производился раньше, исследователи оптимизировали процессы, чтобы свести к минимуму повреждение электронных компонентов, сделав их способными выдерживать растяжение, которое происходит при работе с ними на промышленном ткацком станке. Они достигли этого, исследуя и учитывая механическую силу и тепловую энергию, используемые в процессе, чтобы во время изготовления они могли инкапсулировать как плетение, так и лазерное соединение соответственно, говорят исследователи.

По их словам, исследовательская группа работала с производителями текстиля над созданием тестовых образцов умного текстиля размером примерно 50 на 50 сантиметров. Однако, по словам исследователей, эти размеры можно увеличить и производить в больших объемах с использованием того же процесса.

«Эти компании имеют хорошо зарекомендовавшие себя производственные линии с высокопроизводительными экструдерами для волокна и большими ткацкими станками, которые могут автоматически соткать квадратный метр текстиля», — пояснил Ли. «Поэтому, когда мы вводим в этот процесс интеллектуальные волокна, в результате получается, по сути, электронная система, которая производится точно так же, как производятся другие текстильные изделия».

Исследователи опубликовали статью о своей работе в журнале Science Advances.

В будущем большие гибкие дисплеи и мониторы можно будет производить даже на промышленных ткацких станках, что сделает их производство намного дешевле, чем процесс, используемый на специализированных производственных предприятиях, где они производятся сегодня, говорят исследователи. Однако, чтобы это стало стандартизированным и осуществимым в долгосрочной перспективе, исследователи должны дополнительно оптимизировать процесс, что они и планируют сделать, говорят они.

Дополнительная информация о текстовых форматах