Arkeologi mendedahkan bahawa manusia mula memakai pakaian kira-kira 170, 000 tahun yang lalu, sangat dekat dengan zaman ais yang terakhir. Walaupun sekarang, kebanyakan manusia moden memakai pakaian yang hanya sedikit berbeza dari pakaian paling awal. Tetapi itu akan berubah kerana elektronik fleksibel semakin ditenun ke dalam apa yang dipanggil "kain pintar."
Kebanyakan daripada ini sudah sedia untuk dibeli, seperti bingkap yang memberikan getaran yang lembut untuk yoga yang lebih mudah, T-shirt yang mengesan prestasi pemain dan gim sukan yang memantau kadar denyutan jantung. Kain pintar berpotensi menjanjikan penggunaan dalam penjagaan kesihatan (mengukur kadar denyut jantung dan tekanan darah pesakit), pertahanan (memantau kesihatan dan tahap aktiviti askar), kereta (menyesuaikan suhu tempat duduk untuk menjadikan penumpang lebih selesa) dan juga bandar pintar (membiarkan tanda-tanda berkomunikasi dengan orang yang lewat).
Idealnya, komponen elektronik pakaian ini - sensor, antena untuk menghantar data dan bateri untuk membekalkan kuasa - akan menjadi kecil, fleksibel dan sebahagian besarnya tidak disedari oleh pemakai mereka. Benar hari ini bagi sensor, kebanyakannya adalah mesin yang boleh dicuci. Tetapi kebanyakan antena dan bateri tegar dan tidak kalis air, jadi mereka perlu terlepas dari pakaian sebelum membasuhnya.
Kerja saya di Makmal ElectroScience di Ohio State University bertujuan untuk membuat antena dan sumber kuasa yang sama-sama fleksibel dan boleh dibasuh. Khususnya, kami menyulam elektronik langsung ke kain menggunakan benang konduktif, yang kami panggil "e-threads."
Sulaman antena
Antena bersulam (ElectroScience Lab, CC BY-ND) E-thread yang kami bekerjasama adalah berkas-berkas filamen polimer terpal untuk menyediakan kekuatan, masing-masing dengan salutan berasaskan logam untuk menjalankan elektrik. Inti polimer setiap filamen biasanya dibuat dari Kevlar atau Zylon, manakala lapisan sekitarnya adalah perak. Puluhan atau bahkan beratus-ratus filamen ini kemudian dipintal bersama untuk membentuk e-thread tunggal yang biasanya kurang dari separuh milimeter.
E-thread ini boleh dengan mudah digunakan dengan peralatan sulaman komersil yang sama - mesin jahitan bersambung komputer yang sama yang digunakan setiap hari untuk meletakkan nama mereka pada jaket sukan dan baju besi. Antena bersulam adalah ringan dan sama seperti rakan-rakan tembaga mereka yang tegar, dan boleh menjadi rumit seperti papan litar bercetak yang canggih.
Antena e-thread kami juga boleh digabungkan dengan benang tetap dalam reka bentuk yang lebih kompleks, seperti mengintegrasikan antena ke dalam logo korporat atau reka bentuk lain. Kami telah dapat menyulam antena pada fabrik sebagai nipis sebagai organza dan setebal Kevlar. Sekali bersulam, wayar boleh disambungkan kepada sensor dan bateri dengan pematerian tradisional atau sambungan fleksibel yang memasukkan komponen bersama.
Setakat ini, kami dapat membuat topi pintar yang membaca isyarat otak yang mendalam untuk pesakit Parkinson atau epilepsi. Kami mempunyai sulaman T-shirt dengan antena yang memperluaskan rangkaian isyarat Wi-Fi ke telefon bimbit pemakai. Kami juga membuat tikar dan katil yang memantau ketinggian bayi untuk disiarkan untuk pelbagai keadaan perubatan awal kanak-kanak. Dan kami telah membuat antena dilipat yang mengukur berapa banyak permukaan kain yang telah dibengkokkan atau ditarik.
Melangkah melampaui antena
Makmal saya juga bekerjasama dengan penyelidik Negeri Ohio yang lain, termasuk ahli kimia Anne Co dan doktor Chandan Sen, untuk membuat penjana kuasa mini berasaskan fabrik yang fleksibel.
Dicetak pada kain, logam boleh menjana kuasa. (Lab ElectroScience, CC BY-ND) Kami menggunakan proses seperti percetakan inkjet untuk menempatkan kawasan perak dan zink berselang-seli pada kain. Apabila logam tersebut bersentuhan dengan peluh, salin atau cecair keluar dari luka, perak bertindak sebagai elektrod positif dan zink berfungsi sebagai elektrod negatif - dan aliran elektrik di antara mereka.
Kami telah menghasilkan sejumlah kecil elektrik hanya dengan mendapatkan kain lembap - tanpa memerlukan sebarang litar atau komponen tambahan. Ia merupakan sumber kuasa yang boleh dibasuh dan boleh dibasuh sepenuhnya yang boleh berhubung dengan elektronik yang boleh dipakai yang lain, menghapuskan keperluan bateri konvensional.
Kedua-duanya secara bersama-sama dan secara individu, elektronik yang fleksibel dan mudah pakai ini akan mengubah pakaian menjadi alat yang terhubung, sensing, dan berkomunikasi yang menjalar dengan baik dengan kain dari abad ke 21 yang saling berkait.
Artikel ini pada asalnya diterbitkan di The Conversation.
Asimina Kiourti, Penolong Profesor Kejuruteraan Elektrik dan Komputer, The Ohio State University
