L'archeologia rivela che gli umani hanno iniziato a indossare abiti circa 170.000 anni fa, molto vicino alla penultima era glaciale. Anche ora, però, la maggior parte degli umani moderni indossa abiti che sono a malapena diversi da quei primi indumenti. Ma questo sta per cambiare poiché l'elettronica flessibile viene sempre più intrecciata in quelli che vengono chiamati "tessuti intelligenti".
Molti di questi sono già disponibili per l'acquisto, come leggings che forniscono vibrazioni delicate per facilitare lo yoga, magliette che tracciano le prestazioni dei giocatori e reggiseni sportivi che monitorano la frequenza cardiaca. I tessuti intelligenti hanno usi potenzialmente promettenti nell'assistenza sanitaria (misurazione della frequenza cardiaca e della pressione sanguigna dei pazienti), difesa (monitoraggio dei livelli di salute e di attività dei soldati), automobili (regolazione della temperatura dei sedili per rendere i passeggeri più a loro agio) e persino città intelligenti (lasciando che i segnali comunichino con passanti).
Idealmente, i componenti elettronici di questi indumenti - sensori, antenne per trasmettere dati e batterie per fornire energia - saranno piccoli, flessibili e in gran parte inosservati da chi li indossa. Questo è vero oggi per i sensori, molti dei quali sono anche lavabili in lavatrice. Ma la maggior parte delle antenne e delle batterie sono rigide e non impermeabili, quindi devono essere staccate dagli indumenti prima di lavarli.
Il mio lavoro presso l'ElectroScience Laboratory della Ohio State University mira a realizzare antenne e fonti di energia ugualmente flessibili e lavabili. In particolare, ricamiamo l'elettronica direttamente nei tessuti utilizzando fili conduttivi, che chiamiamo "fili elettronici".
Ricamo dell'antenna
Un'antenna ricamata (ElectroScience Lab, CC BY-ND) I fili elettronici con cui stiamo lavorando sono fasci di filamenti polimerici intrecciati per fornire resistenza, ciascuno con un rivestimento a base metallica per condurre l'elettricità. Il nucleo polimerico di ciascun filamento è tipicamente realizzato in Kevlar o Zylon, mentre il rivestimento circostante è argento. Decine o addirittura centinaia di questi filamenti vengono quindi intrecciati per formare un singolo filo elettronico di solito largo meno di mezzo millimetro.
Questi e-thread possono essere facilmente utilizzati con le comuni attrezzature da ricamo commerciali, le stesse macchine da cucire collegate al computer che le persone usano ogni giorno per apporre il proprio nome su giacche e felpe sportive. Le antenne ricamate sono leggere e buone quanto le loro controparti rigide in rame, e possono essere complesse come i circuiti stampati all'avanguardia.
Le nostre antenne a filo elettronico possono anche essere combinate con fili regolari in progetti più complessi, come l'integrazione di antenne nei loghi aziendali o altri progetti. Siamo stati in grado di ricamare antenne su tessuti sottili come l'organza e spessi come il kevlar. Una volta ricamati, i fili possono essere collegati a sensori e batterie mediante saldature tradizionali o interconnessioni flessibili che collegano i componenti.
Finora, siamo stati in grado di creare cappelli intelligenti che leggono segnali cerebrali profondi per i pazienti con Parkinson o epilessia. Abbiamo t-shirt ricamate con antenne che estendono la gamma di segnali Wi-Fi al cellulare di chi lo indossa. Abbiamo anche realizzato tappetini e lenzuola che monitorano l'altezza dei bambini allo schermo per una serie di condizioni mediche della prima infanzia. E abbiamo realizzato antenne pieghevoli che misurano la superficie piegata o sollevata di una superficie del tessuto.
Andando oltre l'antenna
Il mio laboratorio sta anche lavorando con altri ricercatori dello stato dell'Ohio, tra cui la chimica Anne Co e il medico Chandan Sen, per realizzare generatori di energia in miniatura flessibili basati su tessuto.
Stampati su tessuto, i metalli possono generare energia. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Usiamo un processo molto simile alla stampa a getto d'inchiostro per posizionare regioni alternate di punti argento e zinco sul tessuto. Quando quei metalli entrano in contatto con il sudore, la soluzione salina o persino le fuoriuscite di fluidi dalle ferite, l'argento funge da elettrodo positivo e lo zinco funge da elettrodo negativo - e l'elettricità scorre tra di loro.
Abbiamo generato piccole quantità di elettricità semplicemente bagnando il tessuto, senza la necessità di circuiti o componenti aggiuntivi. È una fonte di alimentazione completamente flessibile e lavabile in grado di connettersi con altri dispositivi elettronici indossabili, eliminando la necessità di batterie convenzionali.
Sia insieme che individualmente, questi dispositivi elettronici flessibili e indossabili trasformeranno l'abbigliamento in dispositivi connessi, sensibili e comunicanti che si adattano bene al tessuto del 21 ° secolo interconnesso.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Asimina Kiourti, Assistant Professor of Electrical and Computer Engineering, The Ohio State University
