Электронный текстиль – еще один шаг навстречу «интернету вещей»

Юбки с солнечными панелями, термочувствительные свитера, куртки-батареи? Да! Десятки компаний по всему миру работают сейчас над этими технологиями. Это одна из самых быстро развивающихся областей. Сложные микросхемы, сенсоры и всевозможные датчики, в последнее время мир текстиля внедряет цифровые технологии в продукты своего производства.

Цифры поражают. Эксперты прогнозируют, что к 2025 году во всем мире 50 миллиардов предметов будут подключены к интернету, следовательно, это потребует огромного количества электроэнергии.

В частности, по данным компании Occams Business Research & Consulting рынок электронного текстиля к 2022 году вырастет минимум на 36%.

Спорт и здоровье будут доминировать на рынке

В приоритете будут две области. Первая – это спорт: сенсоры и датчики, вшитые в одежду, будут измерять производительность спортсмена. Уже сейчас существует майка Hexoskin от одноименной компании из Монреаля и футболка PoloTech от Ralph Lauren, у  которой имеются даже акселерометр и гироскоп, чтобы точно определять местонахождение объекта в пространстве.

Другой ключевой областью является здоровье: вставленные в одежду системы, которые позволят мониторить и передавать на смартфон пользователя биомедицинскую информацию (сердцебиение, дыхание и т.д., включая уровень глюкозы в крови и активность мозга).

Индустрия досуга также заинтересовалась этими технологиями: в 2015 году интернет-гигант Google и производитель джинсов Levis запустили проект Jacquard, цель которого — разработка интерактивных тактильных тканей.

На фото: тактильная джинсовая ткань от проекта Jacquard

Учитывая, что все эти «умные» объекты требуют много электроэнергии, их нужно сделать максимально автономными. То есть, если они смогут накапливать и использовать окружающую энергию, это будет огромным плюсом, — говорит один из экспертов в данной области Адриан Ионеску.

Как это возможно? Для этого нужно научиться использовать три вида энергии, которая есть вокруг нас: движение, тепло (тела) и воздействие солнца.

Уже более десяти лет группа исследователей под началом Зхонг Лин Вонга в американском университете Джорджии пытается использовать первый из этих трех источников. Они разработали «трибоэлектрические наногенераторы » (ТЭН): две покрытые специальными слоями пластины, которые трутся друг о друга и создают статическое электричество. Чтобы использовать это электричество остается только направить его в нужное русло. Американские разработчики перекрутили эти две пластины так, что в итоге получилось волокно.

На фото: Зхонг Лин Вонг представляет волокна ТЭН

Когда это волокно сгибается, составляющие его слои трутся, производя электроэнергию, в небольшом, но достаточном количестве. Над подобным проектом работают и корейские ученые.

Зхонг Лин Вонг и другие исследователи также собираются использовать пьезоэлектрический эффект. Это характеристика материалов, которые электрически поляризуются под действием механических напряжений, то есть когда они сжаты, деформированы или сложены. Такой характеристикой обладают полимеры, из которых можно соткать волокна. В 2014 году исследователи из шведского университета Chalmers продемонстрировали, что такие волокна могут производить до 1 милливатт (мВт) мощности. Для сравнения: для работы лазерного луча проигрывателя компакт-дисков нужно 5 мВт.

[related_posts id=»185750″]

Патент заявлен

Осенью 2016 года Зхонг Лин Вонг создал ткань «два в одном»: в нее были вставлены волокна ТЭН и тонкие гибкие полоски фотогальванических элементов, так называемые «цветные солнечные батареи». Таким образом, эта ткань одновременно могла использовать энергию движения и солнечную энергию.

Этим же путем идет японская компания Sphelar Power, которая создала солнечные батареи размером не больше булавочной головки. Такие батареи кроме своего прямого назначения служат и для украшения одежды.

На фото: ткань японской компании Sphelar Power, с декором из солнечных батарей.

Группа исследователей из Университета Центральной Флориды (UCF) вставила в ткань оптические волокна, направляющие солнечный свет к портативному фоторецептору, способному превратить его в электричество. Они подали заявку на патент на это изобретение.

Получать окружающую энергию мы научились, — говорит Адриан Ионеску, — но конечная цель – научиться сохранять ее. Так что исследования продолжаются.

Еще одна команда ученых из FCU интегрировала в ткани медные «ленточки», которые эксперты называют «суперконденсаторами». Это своего рода мощные батарей, состоящие из слоев. Как описали их ученые в журнале Nature за ноябрь 2016 года, эти суперконденсаторы очень тонкие и гибкие.

На фото: гибкий суперконденсатор

В итоге, в конце 2016 года команда Зхонг Лин Вонга представила, возможно, самую передовую технологию е-текстиля. Это гибрид на основе традиционной ткани, который может использовать механическую энергию (благодаря волокнам ТЭН), солнечную (благодаря  полоскам солнечных элементов) и хранить эту энергию в вшитых суперконденсаторах.

Эта ткань прошла множество тестов и без потери эффективности выдержала почти все.

Но ткань с долгосрочной устойчивостью еще нужно разработать, — предупреждает эксперт. Исследователи соглашаются: сейчас их прототип е-ткани (образец  225 кв.см) такой же гибкий, как плетеная солома. В их планах сделать волокна тоньше, чтобы и ткань стала тоньше. При этом она должна быть крепкой, износоустойчивой и выдерживать стирки. На сегодняшний момент испытания в условиях высокой влажности (90%) показали потерю производительности на 25%.

Продвижение на рынке

Уже около двадцати лет существует текстиль с элементами электроники. Но очень немного из этого электронного текстиля представлено сейчас на рынке, — говорит Сабина Джимпел, директор по маркетингу в Институте специальных текстильных изделий в Грайце (Германия).

Чтобы продвигать эти товары на рынке они должны быть очень конкурентоспособными. Лично я вижу их использование скорее не в одежде, а там, где используются большие поверхности ткани, например, флаги, шторы или брезентовые палатки. Или же в узкоспециальных отраслях, таких как космические технологии.

электронный текстиль

На фото: штора с солнечными батареями.

По материалам: letemps.ch