오하이오 주 콜럼버스-웨어러블 전자 제품을 개발하기 위해 노력하는 연구자들은 0.1 밀리미터의 정밀도로 회로를 직물에 자수 할 수 있습니다.
이 진보를 통해 오하이오 주립 대학의 연구자들은 디지털 정보를 수집,저장 또는 전송하는 기능성 직물 디자인을 향한 다음 단계를 밟았습니다. 추가 개발로,이 기술은 운동 선수의 성능을 모니터링 스마트 폰 또는 태블릿,당신의 체력 수준을 모니터링 운동 옷,스포츠 장비 안테나 역할을 셔츠로 이어질 수,그 아래 조직이 치유 얼마나 잘 의사를 알려주는 붕대-또는 뇌의 활동을 감지 심지어 유연한 직물 모자.
아시미나 키오르티 사진 조 맥 널티,의례
오하이오 주립 대학.
그 마지막 항목은 존 볼라키스,오하이오 주립 전기 과학 연구소의 책임자,그리고 연구 과학자 아시미나 키우 티가 조사하고있는 것입니다. 이 아이디어는 간질에서 중독에 이르는 상태를 치료하기 위해 개발중인 뇌 임플란트를 환자의 신체에 외부 배선이 필요하지 않음으로써 더욱 편안하게 만드는 것입니다.
“섬유 산업에서 혁명이 일어나고있다”고 로이&로이스 초프 오하이오 주 전기 공학 교수 인 볼라키스는 말했다. “우리는 기능성 섬유가 통신 및 감지를 가능하게하는 기술이며 언젠가는 이미징 및 건강 모니터링과 같은 의료 응용 분야라고 믿습니다.”
최근 그와 키우 르티는 특허받은 제조 방법을 개선하여 프로토 타입 웨어러블을 불과 2 년 전과 마찬가지로 비용의 절반으로 제작했습니다. 새로운 특허 출원 중,그들은 저널 안테나와 무선 전파 편지에 새로운 결과를 발표했다.
존 볼라 키스
볼라 키스 실험실에서”전자 직물”이라고도하는 기능성 직물은 전형적인 탁상용 재봉틀-직물 장인과 애호가가 집에서 가질 수있는 종류—에서 부분적으로 만들어집니다. 다른 현대 재봉틀 같이,그것은 컴퓨터 파일을 통해 적재된 본에 근거를 둔 직물로 실을 자동적으로 수를 놓습니다. 연구진은 한 번 자수,터치 전통적인 스레드와 같은 느낌,미세 실버 금속 와이어와 스레드를 대체합니다.
“우리는 매우 잘 알려진 기술,즉 기계 자수로 시작하여 자수 모양을 어떻게 기능화 할 수 있는지 물었습니다. 우리는 어떻게 그들이 휴대 전화 나 건강 센서와 같은 유용한 주파수로 신호를 전송하게합니까?”볼라 키스가 말했다. “이제 처음으로 우리는 인쇄 된 금속 회로 기판의 정확성을 달성 했으므로 우리의 새로운 목표는 수신기와 기타 전자 부품을 통합하는 정밀도를 활용하는 것입니다.”
자수의 모양이 안테나 또는 회로의 작동 주파수를 결정한다고 키 우르 티는 설명했다.
예를 들어,하나의 광대역 안테나의 모양은 손톱보다 약간 큰 6 개 이상의 연동 기하학적 모양으로 구성되어 있으며,그 모양은 몇 인치의 복잡한 원을 형성합니다. 원의 각 조각은 서로 다른 주파수로 에너지를 전송하므로 함께 작업 할 때 광범위한 에너지 스펙트럼을 커버하므로 휴대 전화 및 인터넷 액세스를위한 안테나의”광대역”기능입니다.
“모양이 기능을 결정한다”고 그녀는 말했다. “그리고 당신은 정말 당신이 다음 하나의 응용 프로그램에서 필요합니다 어떤 모양 알 수 없다. 그래서 우리는 어떤 응용 프로그램에 대한 어떤 모양을 자수 할 수있는 기술을 갖고 싶어.”
연구원의 초기 목표는 자수의 정밀도를 가능한 한 높이기위한 것이 었으며,이는 미세한 은색 와이어로 작업해야했습니다. 그러나 그 문제를 만들어,그 미세 전선은 두꺼운 전선만큼 많은 표면 전도성을 제공 할 수 없습니다. 그래서 그들은,따라서,안테나/센서 성능을 표면 전도도를 높일 것 자수 밀도와 모양으로 미세 스레드를 작동 할 수있는 방법을 찾아야했다.
이전에 연구자들은 직경이 0.5 밀리미터 인 은색 코팅 폴리머 실을 사용했으며,각 실은 함께 꼬인 600 개의 더 미세한 필라멘트로 구성되었습니다. 새로운 스레드 0.1 미리메터 직경,만든 일곱 필라멘트. 각 필라멘트는 순수한 은색으로 에나멜 처리 된 중앙에 구리입니다.
그들은 스풀로 와이어를 1 피트 당 3 센트의 비용으로 구입하는데,키우 르티는 위에서 언급 한 것과 같은 단일 광대역 안테나를 자수하면 안테나 당 약 30 센트의 재료 비용으로 약 10 피트의 실을 소비한다고 추정했다. 이는 2014 년에 볼라키스와 키우 르티가 비슷한 안테나를 만들 때보 다 24 배 저렴합니다.
부분적으로,비용 절감은 자수 당 더 적은 실을 사용함으로써 발생합니다. 연구진은 이전에 안테나가 충분히 강한 전기 신호를 전달하기 위해,두 개의 층,다른 위에 하나에 두꺼운 스레드를 스택했다. 그러나 그녀와 볼라 키스가 개발 한 기술을 정제함으로써,키 오르 티는 미세한 스레드의 단 하나의 자수 층에 새로운 고정밀 안테나를 만들 수 있었다. 그래서 지금 과정은 절반의 시간이 걸립니다: 위에서 언급 한 광대역 안테나의 경우 약 15 분 밖에 걸리지 않습니다.
그녀는 또한 수 놓은 안테나와 회로에 부품을 추가하기 위해 마이크로 일렉트로닉스 제조에 공통적 인 몇 가지 기술을 통합했습니다.
하나의 프로토 타입 안테나는 나선형처럼 보이며 휴대 전화 신호 수신을 개선하기 위해 의류에 자수 할 수 있습니다. 또 다른 프로토 타입,고무에 내장 된 통합 무선 주파수(무선 주파수 식별)칩과 신축성 안테나는 옷을 넘어 기술에 대한 응용 프로그램을합니다. (후자의 개체는 타이어 제조업체를 위해 수행 된 연구의 일부였습니다.또 다른 회로는 오하이오 주립 블록”오”로고와 유사하며,실버 와이어 사이에 비 전도성 주홍색과 회색 실이 자수되어”전자 섬유가 장식적이고 기능적 일 수 있음을 보여주기 위해”키 오티는 말했다.
장식 일 수 있지만 수 놓은 안테나와 회로가 실제로 작동합니다. 테스트는 자수 나선형 안테나가 거의 완벽한 효율로 1~5 기가 헤르츠의 주파수에서 전송 된 신호에 걸쳐 약 6 인치를 측정하는 것으로 나타났다. 이 성능은 나선형이 광대역 인터넷 및 셀룰러 통신에 적합 할 것이라고 제안합니다.
즉,허리에 셔츠는 당신이 들고 스마트 폰 또는 태블릿의 수신을 높일 수 있습니다-또는 건강이나 운동 성능 데이터와 장치에 신호를 보낼 수 있습니다.
이 작품은 미국 연구소,산업 및 정부를위한 국가 제조 자원 센터의 고급 기능성 직물의 창립 파트너로서 오하이오 주립의 역할과 잘 맞습니다. 약 50 개의 대학과 산업 파트너에 합류 한 새로운 연구소는 이달 초 애쉬튼 카터 미국 국방 장관에 의해 발표되었습니다.
콜럼버스의 시스콤 첨단소재는 볼라키스와 키우 르티의 초기 작업에 사용 된 스레드를 제공했다. 이 연구에 사용 된 미세한 스레드는 스위스 제조업체 일렉트리 솔라에서 구입했습니다. 이 연구는 국립 과학 재단에 의해 투자되고,오하이오 주 추가 개발을위한 기술을 라이센스 할 것이다.
그때까지,볼라키스는 프로젝트의 다음 단계를 위한 쇼핑 목록을 만들고 있다.
“우리는 더 큰 재봉틀을 원한다”고 그는 말했다.