Inżynierowie z Narodowego Uniwersytetu Singapuru (NUS) dokonali przełomu w dziedzinie elektroniki do noszenia. Zespół pod kierunkiem profesora Turala Khudiyeva połączył miniaturowe diody LED oraz czujniki dotyku wewnątrz elastycznego włókna o grubości jednego milimetra. Następnie badacze wszyli pięćdziesiąt cztery takie włókna w rękaw bluzy, tworząc pierwszy na świecie pełnoprawny ekran dotykowy zintegrowany bezpośrednio z odzieżą.
Wyniki prac opublikował prestiżowy magazyn „Nature”. Nowy materiał wyświetla obraz, reaguje na gesty oraz łączy się bezprzewodowo ze smartfonem, zachowując przy tym wszystkie cechy tradycyjnego ubrania.
Tysiące mikroczipów w jednej nici. Jak powstał pierwszy ekran w ubraniu?
Dotychczasowe próby stworzenia elastycznych wyświetlaczy opierały się na nakładaniu twardych elementów na płaskie powierzchniowo tkaniny. Zespół z Singapuru zmienił to podejście i umieścił całą elektronikę wewnątrz pojedynczej nici. Badacze użyli lasera do wypalenia mikroskopijnych punktów stykowych na elastycznych drutach. Następnie połączyli ponad pięć tysięcy mikroczipów za pomocą dwudziestu tysięcy połączeń elektrycznych.
Gotowy pas diod trafił do wnętrza włókna o długości dziesięciu metrów. Pod warstwą świecącą inżynierowie umieścili mechanizm wykrywający dotyk. Naciśnięcie materiału zamyka obwód elektryczny, a system natychmiast rozpoznaje miejsce nacisku i podświetla odpowiednie piksele.
Wbudowany w rękaw wyświetlacz ma wymiary 16,8 x 10,5 cm i rozdzielczość 96 na 54 piksele. Tkanina odświeża obraz z prędkością trzydziestu klatek na sekundę i obsługuje ośmiobitową paletę barw. Każde włókno działa niezależnie. Dlatego uszkodzenie jednej nici nie przerywa pracy pozostałych części ekranu.
W odzież wkomponowano również mikrofon, głośnik oraz czujniki ruchu, natężenia światła i pola magnetycznego. Ubranie wyświetla zdjęcia, odtwarza filmy z dźwiękiem, uruchamia kalkulator i kompas, reaguje na komendy głosowe, odbiera pliki przez moduł Bluetooth oraz mierzy temperaturę ciała użytkownika za pomocą czujnika umieszczonego pod pachą.
Wytrzymałość na pranie i zgięcia. Jak inteligentny materiał znosi codzienne użytkowanie?
Mimo zaawansowanej konstrukcji materiał przepuszcza powietrze na równi z bawełną, jeansem czy poliestrem. Ubranie zachowuje przy tym pełne bezpieczeństwo w kontakcie ze skórą.
Testy laboratoryjne potwierdziły wysoką odporność nowej technologii. Wyświetlacz zachował pełną jasność oraz czułość na dotyk po tysiącu zgięć wokół krawędzi o promieniu pięciu milimetrów. Tkanina przetrwała również pięćdziesiąt cykli prania w standardowej pralce automatycznej z użyciem detergentów.
Naukowcy pracują już nad zmniejszeniem średnicy włókien. To pozwoli uzyskać wyższą rozdzielczość obrazu oraz umożliwi produkcję takiej odzieży na masową skalę. W przyszłości ubrania tego typu połączą się być może z algorytmami sztucznej inteligencji i będą analizować parametry zdrowotne użytkownika w czasie rzeczywistym.
Źródło tekstu: New Atlas, NUS News, Popular Science / Zdjęcie otwierające: NUS News