Trang chủ > Tin tức > Nội dung
Máy tính trong quần áo của bạn? Một mốc quan trọng đối với thiết bị điện tử đeo được
Aug 22, 2018

Các nhà nghiên cứu đang làm việc để phát triển thiết bị điện tử đeo được đã đạt được một mốc quan trọng: Họ có thể thêu các mạch vào vải với độ chính xác 0,1 mm - kích thước hoàn hảo để tích hợp các linh kiện điện tử như cảm biến và các thiết bị bộ nhớ máy tính vào quần áo.

Với tiến bộ này, các nhà nghiên cứu của Đại học bang Ohio đã thực hiện bước tiếp theo hướng tới thiết kế các hàng dệt may chức năng - quần áo thu thập, lưu trữ hoặc truyền tải thông tin số. Với sự phát triển hơn nữa, công nghệ có thể dẫn đến áo sơ mi hoạt động như ăng-ten cho điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng, quần áo tập luyện theo dõi mức độ tập thể dục, thiết bị thể thao theo dõi hiệu suất của vận động viên, một băng ghi lại cho bác sĩ của bạn chữa bệnh - hoặc thậm chí là một nắp vải linh hoạt có thể cảm nhận được hoạt động trong não.

Món đồ cuối cùng đó là vật phẩm mà John Volakis, giám đốc Phòng thí nghiệm Điện cực ở bang Ohio, và nhà nghiên cứu Asimina Kiourti đang điều tra. Ý tưởng là để làm cho cấy ghép não, đang được phát triển để điều trị các điều kiện từ động kinh để nghiện, thoải mái hơn bằng cách loại bỏ sự cần thiết cho hệ thống dây điện bên ngoài trên cơ thể của bệnh nhân.

"Một cuộc cách mạng đang diễn ra trong ngành công nghiệp dệt may," Volakis, người cũng là Giáo sư Kỹ thuật Điện của Roy & Lois Chope, thuộc bang Ohio, nói. “Chúng tôi tin rằng hàng dệt may chức năng là một công nghệ cho phép truyền thông và cảm nhận — và một ngày thậm chí cả các ứng dụng y tế như chụp ảnh và theo dõi sức khỏe.”

Gần đây, ông và Kiourti đã tinh chế phương pháp chế tạo bằng sáng chế của họ để tạo ra các thiết bị đeo nguyên mẫu với chi phí thấp và chỉ bằng một nửa thời gian mà họ có thể chỉ có hai năm trước đây. Với các bằng sáng chế mới đang chờ giải quyết, họ đã công bố kết quả mới trong tạp chí IEEE Antennas và Wireless Propagation Letters.

Trong phòng thí nghiệm của Volakis, hàng dệt may chức năng, còn được gọi là “hàng dệt điện tử”, được tạo ra một phần trên một máy may bàn điển hình - loại vải mà các nghệ nhân và người có sở thích có thể có ở nhà. Giống như các máy may hiện đại khác, nó thêu chỉ thành vải tự động dựa trên một mẫu được nạp thông qua một tệp máy tính. Các nhà nghiên cứu thay thế sợi chỉ bằng những sợi kim loại bạc mịn, sau khi thêu, cảm thấy giống như sợi chỉ truyền thống khi chạm vào.

“Chúng tôi bắt đầu với một công nghệ được biết đến rất nhiều - máy thêu - và chúng tôi hỏi, làm cách nào chúng ta có thể thực hiện các hình dạng thêu? Làm thế nào để chúng ta làm cho chúng truyền tín hiệu ở tần số hữu ích, như cho điện thoại di động hay cảm biến y tế? ”Volakis nói. "Bây giờ, lần đầu tiên, chúng tôi đã đạt được độ chính xác của các bảng mạch in kim loại, vì vậy mục tiêu mới của chúng tôi là tận dụng lợi thế của độ chính xác để kết hợp các bộ thu và các linh kiện điện tử khác."

Hình dạng của thêu xác định tần số hoạt động của anten hoặc mạch điện, Kiourti giải thích.

Ví dụ, hình dạng của một ăng-ten băng thông rộng bao gồm hơn nửa tá hình dạng hình học lồng vào nhau, mỗi hình dạng lớn hơn một chút so với móng tay, tạo thành một vòng tròn phức tạp cách nhau vài inch. Mỗi phần của vòng tròn truyền năng lượng ở một tần số khác nhau, để chúng bao phủ một phổ rộng các nguồn năng lượng khi làm việc cùng nhau - do đó khả năng “băng thông rộng” của ăng-ten cho điện thoại di động và truy cập internet.

“Hình dạng xác định chức năng,” cô nói. “Và bạn không bao giờ thực sự biết hình dạng nào bạn sẽ cần từ một ứng dụng đến ứng dụng tiếp theo. Vì vậy, chúng tôi muốn có một công nghệ có thể thêu bất kỳ hình dạng nào cho bất kỳ ứng dụng nào. ”

Mục tiêu ban đầu của các nhà nghiên cứu, Kiourti nói thêm, chỉ là để tăng độ chính xác của thêu càng nhiều càng tốt, mà đòi hỏi phải làm việc với dây bạc mịn. Nhưng điều đó đã tạo ra một vấn đề, trong đó các sợi dây tốt không thể cung cấp nhiều độ dẫn bề mặt như những sợi dây dày. Vì vậy, họ đã phải tìm một cách để làm việc các sợi tốt vào mật độ thêu và hình dạng đó sẽ thúc đẩy độ dẫn bề mặt và, do đó, hiệu suất ăng-ten / cảm biến.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sợi polymer phủ bạc có đường kính 0,5 mm, mỗi sợi được tạo thành từ 600 sợi thậm chí tốt hơn được xoắn lại với nhau. Các sợi chỉ mới có đường kính 0,1 mm, chỉ được làm bằng 7 sợi. Mỗi sợi dây là đồng ở trung tâm, tráng men bằng bạc nguyên chất.

Họ mua dây bằng ống chỉ với chi phí 3 xu mỗi foot; Kiourti ước tính rằng thêu một ăng-ten băng thông rộng duy nhất như một chiếc đã đề cập ở trên tiêu thụ khoảng 10 feet sợi, với chi phí vật liệu khoảng 30 cent cho mỗi ăng-ten. Đó là ít hơn 24 lần so với khi Volakis và Kiourti tạo ra ăng-ten tương tự trong năm 2014.

Một phần, tiết kiệm chi phí đến từ việc sử dụng ít sợi hơn cho mỗi thêu. Các nhà nghiên cứu trước đây đã phải xếp chồng sợi dày hơn trong hai lớp, một cái trên đầu kia, để làm cho ăng-ten mang tín hiệu điện đủ mạnh. Nhưng bằng cách tinh chỉnh kỹ thuật mà cô và Volakis đã phát triển, Kiourti đã có thể tạo ra những ăng-ten mới, có độ chính xác cao chỉ trong một lớp thêu của sợi mịn hơn. Vì vậy, bây giờ quá trình mất một nửa thời gian: chỉ khoảng 15 phút cho ăng-ten băng thông rộng được đề cập ở trên.

Cô cũng kết hợp một số kỹ thuật phổ biến để sản xuất vi điện tử để thêm các bộ phận vào ăng-ten và mạch thêu.

Một ăng-ten nguyên mẫu trông giống như một xoắn ốc và có thể được thêu vào quần áo để cải thiện tiếp nhận tín hiệu điện thoại di động. Một nguyên mẫu khác, một ăng-ten căng ra được tích hợp chip RFID (nhận dạng tần số vô tuyến) được nhúng trong cao su, lấy các ứng dụng cho công nghệ vượt ra ngoài quần áo. (Đối tượng thứ hai là một phần của một nghiên cứu được thực hiện cho một nhà sản xuất lốp xe.)

Kiourti cho biết, một mạch khác tương tự như logo “O” của Ohio State, với sợi chỉ đỏ và xám không dẫn điện trong số các dây màu bạc “để chứng minh rằng hàng dệt may điện tử có thể vừa trang trí vừa chức năng”.

Chúng có thể được trang trí, nhưng các ăng-ten và mạch thêu thực sự hoạt động. Các thử nghiệm cho thấy rằng một ăng-ten xoắn ốc thêu đo khoảng sáu inch trên các tín hiệu truyền ở tần số từ 1 đến 5 GHz với hiệu quả gần như hoàn hảo. Hiệu suất cho thấy rằng các xoắn ốc sẽ rất phù hợp với internet băng thông rộng và truyền thông di động.

Nói cách khác, áo sơ mi trên lưng của bạn có thể giúp tăng cường việc tiếp nhận điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng mà bạn đang cầm - hoặc gửi tín hiệu đến các thiết bị của bạn với dữ liệu hiệu suất sức khỏe hoặc thể thao.

Công trình này phù hợp tốt với vai trò là một đối tác sáng lập của Viện Vải chức năng cao cấp của Mỹ, một trung tâm tài nguyên sản xuất quốc gia cho ngành công nghiệp và chính phủ. Viện mới này, với sự tham gia của khoảng 50 trường đại học và các đối tác công nghiệp, được Bộ trưởng Quốc phòng Mỹ Ashton Carter công bố hồi đầu tháng này.

Syscom Advanced Materials ở Columbus cung cấp các chủ đề được sử dụng trong tác phẩm đầu tiên của Volakis và Kiourti. Các chủ đề tốt hơn được sử dụng trong nghiên cứu này đã được mua từ nhà sản xuất Thụy Sĩ Elektrisola. Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia, và bang Ohio sẽ cấp giấy phép cho công nghệ để phát triển hơn nữa.

Cho đến lúc đó, Volakis đang lập một danh sách mua sắm cho giai đoạn tiếp theo của dự án.

"Chúng tôi muốn có một máy may lớn hơn", ông nói.

Bài viết gốc xuất phát từ iconnect007