Исследователи разработали смарт-текстиль следующего поколения, включающий светодиоды, датчики, сбор энергии и ее хранение.

Международная команда, возглавляемая Кембриджским университетом недавно продемонстрировала, что тканевые дисплеи можно изготавливать больших размеров, но эти более ранние образцы были изготовлены с использованием специализированного ручного лабораторного оборудования. Другие умные ткани могут производиться на специализированных предприятиях по производству микроэлектроники, но они очень дороги и производят большие объемы отходов.

Исследователи разработали смарт-текстиль следующего поколения, включающий светодиоды, датчики, сбор энергии и хранение, который можно производить недорого, любой формы и размера, используя те же машины, которые используются для изготовления одежды, которую мы носим каждый день

Команда обнаружила, что гибкие дисплеи и умные ткани могут быть изготовлены намного дешевле и безопаснее, если ткать электронные, оптоэлектронные, сенсорные и энергетические компоненты на тех же промышленных ткацких станках, которые используются для изготовления обычного текстиля. Их  результаты , опубликованные в журнале  Science Advances, демонстрируют, как умный текстиль может стать альтернативой более крупной электронике в таких секторах, как автомобилестроение, электроника, мода и строительство.

Несмотря на недавний прогресс в разработке «умного» текстиля, его функциональность, размеры и формы ограничены современными производственными процессами.

«Мы могли бы производить эти ткани на специализированных предприятиях микроэлектроники, но это требует инвестиций в миллиарды фунтов стерлингов», — сказал доктор Сангио Ли из инженерного факультета Кембриджа, первый автор статьи. «Кроме того, производство умного текстиля таким способом сильно ограничено, поскольку все должно быть сделано на тех же жестких пластинах, которые используются для изготовления интегральных схем, поэтому максимальный размер, который мы можем получить, составляет около 30 сантиметров в диаметре».

«Умный текстиль также был ограничен из-за отсутствия практичности», — сказал доктор Луиджи Окчипинти, также из инженерного отдела, который руководил исследованием. «Вы думаете о сгибании, растяжении и складывании, которые должны выдерживать обычные ткани, и было непросто включить такую ​​​​же прочность в умный текстиль».

В прошлом году некоторые из тех же исследователей показали, что если бы волокна, используемые в умном текстиле, были покрыты материалами, способными выдерживать растяжение, они могли бы быть совместимы с обычными процессами ткачества. Используя эту технику, они изготовили 46-дюймовый тканый демонстрационный дисплей.

Теперь исследователи показали, что умный текстиль может быть изготовлен с использованием автоматизированных процессов без ограничений по размеру или форме. Несколько типов волоконных устройств, в том числе накопители энергии, светодиоды и транзисторы, были изготовлены, инкапсулированы и смешаны с обычными волокнами, синтетическими или натуральными, для создания интеллектуальных тканей с помощью автоматизированного ткачества. Волоконные устройства соединялись между собой методом автоматизированной лазерной сварки с электропроводящим клеем.

Все процессы были оптимизированы, чтобы свести к минимуму повреждение электронных компонентов, что, в свою очередь, сделало умный текстиль достаточно прочным, чтобы выдерживать растяжение промышленного ткацкого станка. Метод инкапсуляции был разработан с учетом функциональности волоконных устройств, а механическая сила и тепловая энергия были систематически исследованы для достижения автоматизированного плетения и взаимосвязи на основе лазера, соответственно.

Исследовательская группа, работающая в партнерстве с производителями текстиля, смогла изготовить пробные образцы умного текстиля размером примерно 50x50 сантиметров, хотя их можно масштабировать до больших размеров и производить в больших объемах.

«У этих компаний есть хорошо зарекомендовавшие себя производственные линии с высокопроизводительными экструдерами волокна и большими ткацкими станками, которые могут автоматически ткать квадратный метр ткани», — сказал Ли. «Поэтому, когда мы внедряем смарт-волокна в процесс, в результате получается электронная система, которая производится точно так же, как и другие ткани».

Исследователи говорят, что большие, гибкие дисплеи и мониторы можно было бы производить на промышленных станках, а не на специализированных предприятиях по производству электроники, что сделало бы их производство намного дешевле. Однако необходима дальнейшая оптимизация процесса.

«Гибкость этих тканей просто потрясающая», — сказал Окчипинти. «Не только с точки зрения их механической гибкости, но и гибкости подхода, а также для развертывания устойчивых и экологически чистых производственных платформ электроники, которые способствуют сокращению выбросов углерода и обеспечивают реальное применение умного текстиля в зданиях, салонах автомобилей и одежде. . В этом наш подход уникален».

Исследование было частично поддержано Европейским союзом и британским отделом исследований и инноваций.