オハイオ州コロンバス—ウェアラブルエレクトロニクスの開発に取り組んでいる研究者は、センサーやコンピュータメモリデバイスなどの電子部品を衣服に統合するのに最適なサイズで、0.1mmの精度で回路を布に刺繍することができるというマイルストーンに達しました。
この進歩により、オハイオ州立大学の研究者たちは、デジタル情報を収集、保存、または送信する機能性テキスタイルのデザインに向けた次の一歩を踏み出しました。 さらに発展すると、この技術は、スマートフォンやタブレットのアンテナとして機能するシャツ、フィットネスレベルを監視するワークアウト服、アスリートのパフォーマンスを監視するスポーツ用品、その下の組織がどれだけ治癒しているかを医師に伝える包帯、あるいは脳の活動を感知する柔軟なファブリックキャップにつながる可能性があります。
アシミーナ-キウルティ 写真：ジョー-マカルティ、オハイオ州立大学の礼儀
。
その最後の項目は、オハイオ州の電気科学研究所の所長であるJohn Volakisと研究科学者Asimina Kiourtiが調査しているものです。 アイデアは、患者の体に外部配線の必要性を排除することにより、てんかんから中毒に条件を治療するために開発中の脳インプラントを、より快適
「繊維産業に革命が起こっている」と、オハイオ州のロイ&ロイス・チョープ電気工学教授の教授でもあるVolakis氏は述べている。 “私たちは、機能性テキスタイルは、通信とセンシングのための可能な技術であり、いつかはイメージングや健康監視のような医療用途でさえあると信じ”
最近、彼とKiourtiは特許取得済みの製造方法を洗練し、わずかなコストと半分の時間でプロトタイプのウェアラブルを作成しました。 新しい特許出願中で、彼らはジャーナルIEEE Antennas and Wireless Propagation Lettersに新しい結果を発表しました。
John Volakis
Volakisの研究室では、”e-textiles”とも呼ばれる機能性テキスタイルは、生地職人や愛好家が自宅で持っているかもしれない典型的な卓上ミシンで部分的に作 他の現代ミシンのように、それはコンピュータファイルによって荷を積まれるパターンに基づいて生地に糸を自動的に刺繍する。 研究者は、一度刺繍された、タッチに伝統的な糸と同じように感じる細かい銀の金属線で糸を置き換えます。
“私たちは非常によく知られている技術—機械刺繍—から始まり、刺繍された形をどのように機能させることができますか？ 携帯電話や健康センサーのような有用な周波数で信号を送信するにはどうすればよいですか？”Volakisは言いました。 “今、初めて、私たちは印刷された金属回路基板の精度を達成したので、私たちの新しい目標は、受信機やその他の電子部品を組み込むために精度を利”
刺繍の形状は、アンテナまたは回路の動作周波数を決定する、とKiourtiは説明しました。
例えば、1つの広帯域アンテナの形状は、半ダース以上の連結幾何学的形状で構成され、それぞれが指の爪より少し大きく、数インチの間に複雑な円を形成している。 円の各部分は、異なる周波数でエネルギーを送信するので、一緒に作業するときに広いスペクトルのエネルギーをカバーする—それゆえ、携帯電話やインターネッ
“形状は機能を決定する”と彼女は言った。 “そして、あなたは本当にあなたが次のアプリケーションから必要になりますどのような形を知っていることはありません。 だから我々は、任意のアプリケーションのための任意の形状を刺繍できる技術を持っていたかったです。”
Kiourti研究者の最初の目標は、刺繍の精度をできるだけ高めることだったため、細かい銀線で作業する必要がありました。 しかし、それは、細い線が太い線ほど多くの表面導電性を提供できないという問題を引き起こしました。 そこで彼らは、表面導電性、ひいてはアンテナ/センサーの性能を高める刺繍密度と形状に細かい糸を加工する方法を見つけなければなりませんでした。
以前、研究者は直径0.5mmの銀被覆ポリマー糸を使用していましたが、各糸は600本のさらに細かいフィラメントで構成されていました。 新しい糸に7つのフィラメントだけとなされる0.1mmの直径がある。 各フィラメントは中央に銅で、純粋な銀でエナメルを塗られています。
彼らはスプールでワイヤーを購入し、足あたり3セントのコストで;Kiourtiは、上記のような単一の広帯域アンテナを刺繍することは、アンテナあたり約30セントの材料費のために、糸の約10フィートを消費すると推定しました。 これは、VolakisとKiourtiが2014年に同様のアンテナを作成したときよりも24倍安価です。
部分的には、コスト削減は、刺繍あたりの糸を使用することから来ています。 研究者は以前、アンテナが十分に強い電気信号を運ぶようにするために、より厚い糸を2つの層に積み重ねなければなりませんでした。 しかし、彼女とVolakisが開発した技術を洗練することによって、Kiourtiはより細かい糸の刺繍された層だけで新しい高精度のアンテナを作成することができま だから今、プロセスは半分の時間がかかります: 上記の広帯域アンテナのための約15分だけ。
彼女はまた、刺繍されたアンテナや回路に部品を追加するために、マイクロエレクトロニクス製造に共通のいくつかの技術を取り入れています。
一つのプロトタイプアンテナは螺旋のように見え、携帯電話の信号受信を改善するために衣類に刺繍することができます。 別のプロトタイプ、ゴムで埋め込まれる統合されたRFID（無線周波数の同一証明）の破片が付いている伸縮自在のアンテナは衣類を越える技術のための適用を取る。 （後者のオブジェクトは、タイヤメーカーのために行われた研究の一部でした。)
さらに別の回路は、オハイオ州のブロック”O”のロゴに似ており、銀線の間に非導電性の緋色と灰色の糸が刺繍されています”とKiourti氏は述べています。
それらは装飾的かもしれませんが、刺繍されたアンテナと回路は実際には機能します。 テストでは、ほぼ完璧な効率で1-5GHzの周波数で送信された信号を横切って約六インチを測定する刺繍スパイラルアンテナが示されました。 この性能は，このスパイラルがブロードバンドインターネットとセルラー通信に適していることを示唆している。
言い換えれば、背中のシャツは、あなたが持っているスマートフォンやタブレットの受信を促進したり、健康や運動性能のデータを使ってあなたのデバ
この仕事は、産業と政府のための国立製造資源センターであるAdvanced Functional Fabrics of America Instituteの創設パートナーとしてのオハイオ州の役割によく合っています。 約50の大学や産業パートナーに参加する新しい研究所は、米国のアシュトン-カーター国防長官によって今月初めに発表されました。
コロンバスのSyscom Advanced Materialsは、VolakisとKiourtiの最初の作業で使用された糸を提供しました。 この研究で使用されたより細かい糸は、スイスの製造業者Elektrisolaから購入した。 この研究は国立科学財団によって資金提供されており、オハイオ州はさらなる開発のためにこの技術をライセンスします。
それまで、Volakisはプロジェクトの次の段階のための買い物リストを作っています。
“大きなミシンが欲しい”と彼は言った。