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Bordar la electrónica en la próxima generación de telas 'inteligentes'

La arqueología revela que los humanos comenzaron a usar ropa hace unos 170, 000 años, muy cerca de la penúltima edad de hielo. Sin embargo, incluso ahora, la mayoría de los humanos modernos usan ropa que apenas es diferente de las primeras prendas. Pero eso está a punto de cambiar a medida que la electrónica flexible se entrelaza cada vez más en lo que se llama "telas inteligentes".

Muchos de estos ya están disponibles para la compra, como leggings que proporcionan vibraciones suaves para un yoga más fácil, camisetas que siguen el rendimiento del jugador y sostenes deportivos que controlan la frecuencia cardíaca. Las telas inteligentes tienen usos potencialmente prometedores en el cuidado de la salud (medición de la frecuencia cardíaca y la presión arterial de los pacientes), defensa (control de la salud y los niveles de actividad de los soldados), automóviles (ajuste de la temperatura de los asientos para que los pasajeros se sientan más cómodos) e incluso ciudades inteligentes (permitiendo que las señales se comuniquen con transeúntes).

Idealmente, los componentes electrónicos de estas prendas (sensores, antenas para transmitir datos y baterías para suministrar energía) serán pequeños, flexibles y en gran medida inadvertidos por sus usuarios. Eso es cierto hoy para los sensores, muchos de los cuales son incluso lavables a máquina. Pero la mayoría de las antenas y baterías son rígidas y no impermeables, por lo que deben separarse de la ropa antes de lavarla.

Mi trabajo en el Laboratorio ElectroScience de la Universidad Estatal de Ohio tiene como objetivo hacer antenas y fuentes de energía que sean igualmente flexibles y lavables. Específicamente, estamos bordando productos electrónicos directamente en telas usando hilos conductores, que llamamos "hilos electrónicos".

Bordado de antena

Una antena bordada Una antena bordada (ElectroScience Lab, CC BY-ND)

Los hilos electrónicos con los que estamos trabajando son haces de filamentos de polímero retorcidos para proporcionar resistencia, cada uno con un revestimiento a base de metal para conducir la electricidad. El núcleo de polímero de cada filamento generalmente está hecho de Kevlar o Zylon, mientras que el revestimiento circundante es plateado. Decenas o incluso cientos de estos filamentos se retuercen para formar un solo hilo electrónico que generalmente mide menos de medio milímetro de ancho.

Estos hilos electrónicos se pueden usar fácilmente con equipos de bordado comerciales comunes, las mismas máquinas de costura conectadas por computadora que las personas usan todos los días para poner sus nombres en chaquetas deportivas y sudaderas. Las antenas bordadas son livianas y tan buenas como sus contrapartes rígidas de cobre, y pueden ser tan complejas como las placas de circuito impreso de última generación.

Nuestras antenas e-thread pueden incluso combinarse con hilos regulares en diseños más complejos, como integrar antenas en logotipos corporativos u otros diseños. Hemos podido bordar antenas en telas tan delgadas como la organza y tan gruesas como el Kevlar. Una vez bordados, los cables se pueden conectar a sensores y baterías mediante soldaduras tradicionales o interconexiones flexibles que conectan los componentes.

Hasta ahora, hemos podido crear sombreros inteligentes que leen señales cerebrales profundas para pacientes con Parkinson o epilepsia. Hemos bordado camisetas con antenas que extienden el alcance de las señales de Wi-Fi al teléfono móvil del usuario. También fabricamos colchonetas y sábanas que monitorean la altura de los bebés para detectar una variedad de afecciones médicas de la primera infancia. Y hemos fabricado antenas plegables que miden la superficie doblada o levantada de la superficie de la tela.

Moviéndose más allá de la antena

Mi laboratorio también está trabajando con otros investigadores del estado de Ohio, incluida la química Anne Co y el médico Chandan Sen, para fabricar generadores de energía en miniatura flexibles basados ​​en tela.

Impresos en tela, los metales pueden generar energía. Impresos en tela, los metales pueden generar energía. (Laboratorio de electrociencia, CC BY-ND)

Utilizamos un proceso muy parecido a la impresión por inyección de tinta para colocar regiones alternas de puntos de plata y zinc en la tela. Cuando esos metales entran en contacto con el sudor, la solución salina o incluso las descargas de fluidos de las heridas, la plata actúa como electrodo positivo y el zinc sirve como electrodo negativo, y la electricidad fluye entre ellos.

Hemos generado pequeñas cantidades de electricidad simplemente humedeciendo la tela, sin la necesidad de ningún circuito o componente adicional. Es una fuente de energía totalmente flexible y lavable que puede conectarse con otros dispositivos electrónicos portátiles, eliminando la necesidad de baterías convencionales.

Tanto juntos como individualmente, estos dispositivos electrónicos flexibles y portátiles transformarán la ropa en dispositivos conectados, de detección y de comunicación que combinan bien con la tela del siglo XXI interconectado.


Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La conversación

Asimina Kiourti, profesora asistente de ingeniería eléctrica e informática, Universidad Estatal de Ohio

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