JuH > De' > 'a ghIH
Tölvur í fötunum þínum? A Milestone fyrir Wearable Electronics
Aug 22, 2018

Vísindamenn sem eru að vinna að því að þróa áreiðanleg rafeindatækni náð áfangastað: Þeir geta borðað hringrás í efni með 0,1 mm nákvæmni - hið fullkomna stærð til að samþætta rafrænir hlutar eins og skynjara og tölvu minni tæki í fatnað.

Með þessu fyrirfram hafa Ohio State University vísindamenn tekið næsta skref í átt að hönnun hagnýtra vefnaðarvöru-föt sem safna, geyma eða senda stafrænar upplýsingar. Með frekari þróun gæti tæknin leitt til skyrta sem virka sem loftnet fyrir snjallan síma eða spjaldtölvu, líkamsþjálfun sem fylgist með hæfni þína, íþróttabúnaði sem fylgist með frammistöðu íþróttamanna, sárabindi sem segir lækninum hversu vel vefinn er undir honum lækna eða jafnvel sveigjanlegt dúkur sem skynjar virkni í heilanum.

Það síðasta atriði er eitt sem John Volakis, forstöðumaður ElectroScience Laboratory í Ohio State, og vísindamaður Asimina Kiourti eru að rannsaka. Hugmyndin er að gera heilaígræðslur, sem eru í þróun til að meðhöndla aðstæður frá flogaveiki til fíkn, öruggari með því að útrýma þörfinni fyrir ytri raflögn á líkama sjúklingsins.

"Byltingin er að gerast í textíliðnaði," sagði Volakis, sem er einnig Roy & Lois Chope formaður prófessor í rafmagnsverkfræði í Ohio State. "Við trúum því að hagnýtar vefnaðarvörur séu tækjabúnaður til samskipta og skynjara - og einn daginn jafnvel læknisfræðilegar umsóknir eins og hugsanlegur og heilsa eftirlit."

Nýlega, hann og Kiourti hreinsuðu einkaleyfisvinnsluaðferðina sína til að búa til prototype wearables að broti af kostnaði og um helming tíma sem þeir gætu aðeins fyrir tveimur árum. Með nýjum einkaleyfum í bið, birta þau nýjar niðurstöður í tímaritinu IEEE Antennas og Wireless Propagation Letters.

Í rannsóknarstofu Volakis eru hagnýtar vefnaðarvörur, einnig kallaðir "e-textiles", að hluta til búnar til á dæmigerðum borðplata saumavél - það góða sem efni handverksmenn og áhugamenn geta haft heima hjá. Eins og önnur nútíma saumavélar, byggir hún þráður í efni sem er sjálfkrafa byggt á mynstri hlaðinn í gegnum tölvuskrá. Rannsakendur skipta um þráðinn með fínu silfri málmþráðum sem, einu sinni útsaumaður, líða eins og venjulegur þráður í snertingu.

"Við byrjuðum með tækni sem er mjög vel þekktur-vél útsaumur-og við spurðum, hvernig getum við virkað embroidered form? Hvernig gerum við það að senda merki á gagnlegum tíðnum, eins og fyrir farsíma eða heilsufarsskynjara? "Sagði Volakis. "Nú höfum við í fyrsta skipti náð nákvæmni prentunarborðs, svo nýtt markmið okkar er að nýta nákvæmni við að taka við móttakara og öðrum rafrænum hlutum."

Lögun útsaumanna ákvarðar tíðni reksturs loftnetsins eða hringrásarinnar, útskýrði Kiourti.

Líkanið á einum breiðbands loftneti, til dæmis, samanstendur af meira en hálfri tugum samanlengingu geometrískum formum, hvor smá stærri en fingra, sem mynda flókinn hring nokkra tommu yfir. Hvert stykki af hringnum sendir orku á mismunandi tíðni, þannig að þau nái yfir víðtæka orku þegar unnið er saman - þar af leiðandi "breiðband" hæfileiki loftnetsins fyrir farsíma og netaðgang.

"Shape ákvarðar virka," sagði hún. "Og þú veist aldrei raunverulega hvaða lögun þú þarft frá einum umsókn til næsta. Þannig að við vildum fá tækni sem gæti borið hvaða lögun sem er fyrir hvaða forrit sem er. "

Upphaflegt markmið rannsóknarinnar, Kiourti bætti við, var bara til að auka nákvæmni útsaumanna eins mikið og mögulegt er, sem þurfti að vinna með fínu silfurvír. En það skapaði vandamál, því að fínn vír gætu ekki veitt eins mikið yfirborðsleiðni og þykkur vír. Þannig að þeir þurftu að finna leið til að vinna góðan þráð í útsaumþéttleika og form sem myndi auka yfirborðsleiðni og þar með loftnet / skynjara.

Áður höfðu vísindamenn notað silfurhúðuð fjölliðaþráður með 0,5 mm í þvermál, hver þráður sem samanstóð af 600 jafnvel fínnri þráðum sem brenglaðu saman. Hinir nýju þræðirnar eru með 0,1 mm í þvermál, gerðar með aðeins sjö þráðum. Hvert filament er kopar í miðjunni, enameled með hreinu silfri.

Þeir kaupa vírina með spólunni á kostnað 3 sent á fæti; Kiourti áætlað að embroidering einn breiðband loftnet eins og fyrrnefndur hér að ofan eyðir um 10 fet af þræði, fyrir efnislega kostnað um 30 sent á loftnet. Það er 24 sinnum ódýrari en þegar Volakis og Kiourti búðu til svipuð loftnet árið 2014.

Að hluta til, kostnaður sparnaður kemur frá því að nota minna þráð á útsaumur. Rannsakendur höfðu áður þurft að stafla þykkari þráður í tveimur lögum, einn ofan á hinn, til að gera loftnetið nógu sterkt við rafmagnsmerkið. En með því að hreinsa tækni sem hún og Volakis þróuðu, gat Kiourti búið til nýju hátíðni loftnetið í einni einföldu lagi af fínnari þræði. Svo tekur ferlið hálftíma: aðeins um 15 mínútur fyrir breiðbands loftnetið sem nefnt er hér að ofan.

Hún hefur einnig tekið þátt í nokkrum aðferðum sem eru algengar fyrir framleiðslu á rafmagni til að bæta hlutum við útsaumt loftnet og rafrásir.

Ein frumgerð loftnet lítur út eins og spíral og er hægt að útsa í fatnað til að bæta viðvörun símans. Annar frumgerð, teygjanlegur loftnet með samþættum RFID (útvarpsþáttur) sem er embed in gúmmí, tekur forritin fyrir tækni sem er utan fatnað. (Seinni hluturinn var hluti af rannsókn sem gerð var fyrir dekk framleiðanda.)

Enn annar hringrás líkist Ohio State Block "O" merkinu, með ekki leiðandi skarlati og gráum þræði sem er útsett meðal silfurvíranna "til þess að sýna fram á að e-textílbúnaður getur verið bæði skreytingar og hagnýtur," sagði Kiourti.

Þeir geta verið skreytingar en embroidered loftnet og hringrás vinna í raun. Próf sýndu að útsaumur spíral loftnet mæli u.þ.b. sex tommu yfir send merki við tíðni 1 til 5 GHz með næstum fullkomnu skilvirkni. Afköstin benda til þess að spíralinn sé vel við breiðband og fjarskipti.

Með öðrum orðum gæti skyrturinn á bakinu hjálpað þér við að auka móttöku snjallsímans eða spjaldtölvunnar sem þú ert að halda - eða senda merki til tækjanna með heilsufarslegum eða íþróttamagni.

Verkið passar vel við hlutverk Ohio State sem stofnandi samstarfsaðila Advanced Functional Fabrics of America Institute, innlend framleiðslustöð fyrir iðnað og stjórnvöld. Nýja stofnunin, sem tekur þátt í um 50 háskóla og samstarfsaðilum, var tilkynnt fyrr í mánuðinum af varnarmálaráðherra Bandaríkjanna Ashton Carter.

Syscom Advanced Materials í Columbus veitti þræði sem notuð voru í upphafsverkum Volakis og Kiourti. Fínnari þráður sem notaður var í þessari rannsókn var keypt af svissneskum framleiðanda Elektrisola. Rannsóknin er fjármögnuð af National Science Foundation, og Ohio State mun leyfa tækninni til frekari þróunar.

Fram til þessa er Volakis búinn að versla fyrir næsta áfanga verkefnisins.

"Við viljum stærri saumavél," sagði hann.

Upprunalega greinin kemur frá iconnect007