Il ricamo sugli occhi dei ricercatori è basso

Il ricamo di filati generatori di energia sul tessuto ha consentito ai ricercatori di incorporare un touch-pad numerico autoalimentato e sensori di movimento negli indumenti.La tecnica offreun metodo potenziale scalabile e a basso costo per realizzare dispositivi indossabili.

"La nostra tecnica utilizza il ricamo, che è piuttosto semplice: puoi cucire i nostri filati direttamente sul tessuto", ha affermato l'autore principale dello studio Rong Yin, assistente professore di ingegneria tessile, chimica e scienza presso la North Carolina State University. "Durante la produzione del tessuto, non è necessario considerare nulla riguardo ai dispositivi indossabili. Puoi integrare i filati che generano energia dopo che il capo di abbigliamento è stato realizzato."

Nello studio pubblicato su Nano Energy, i ricercatori hanno testato diversi progetti di filati generatori di energia. Per renderli sufficientemente resistenti da resistere alla tensione e alla flessione del processo di cucitura del ricamo, alla fine hanno utilizzato cinque fili di rame disponibili in commercio, che avevano un sottile rivestimento in poliuretano, insieme. Quindi li hanno cuciti su un tessuto di cotone con un altro materiale chiamato PTFE.

"Si tratta di un metodo a basso costo per realizzare dispositivi elettronici indossabili utilizzando prodotti disponibili in commercio", ha affermato Yin. "Le proprietà elettriche dei nostri prototipi erano paragonabili a quelle di altri progetti che si basavano sullo stesso meccanismo di generazione di energia."

I ricercatori si sono basati su un metodo per generare elettricità chiamato “effetto triboelettrico”, che prevede lo sfruttamento degli elettroni scambiati da due materiali diversi, come l’elettricità statica. Hanno scoperto che il tessuto PTFE aveva le migliori prestazioni in termini di tensione e corrente a contatto con i fili di rame rivestiti di poliuretano, rispetto ad altri tipi di tessuto testati, tra cui cotone e seta. Hanno anche testato il rivestimento dei campioni di ricamo nel plasma per aumentarne l’effetto.

"Nel nostro progetto, ci sono due strati: uno sono i fili di rame conduttivi rivestiti in poliuretano, e l'altro è PTFE, e hanno uno spazio tra loro", ha detto Yin. "Quando i due materiali non conduttivi entrano in contatto tra loro, un materiale perderà alcuni elettroni e l'altro ne acquisirà alcuni. Quando li colleghi insieme, ci sarà una corrente."

I ricercatori hanno testato i loro filati come sensori di movimento ricamandoli con il tessuto PTFE sul denim. Hanno posizionato le toppe ricamate sul palmo, sotto il braccio, sul gomito e sul ginocchio per tracciare i segnali elettrici generati mentre una persona si muove. Hanno anche attaccato il tessuto con il loro ricamo sulla soletta di una scarpa per testarne l’uso come contapassi, scoprendo che i loro segnali elettrici variavano a seconda che la persona stesse camminando, correndo o saltando.

Infine, hanno testato i loro filati in un tastierino numerico a base tessile sul braccio, che hanno realizzato ricamando numeri su un pezzo di tessuto di cotone e attaccandoli a un pezzo di tessuto PTFE. A seconda del numero che la persona ha premuto sulla tastiera, hanno visto diversi segnali elettrici generati per ciascun numero.

"Puoi ricamare i nostri filati sui vestiti e, quando ti muovi, genera un segnale elettrico e tali segnali possono essere utilizzati come sensori", ha detto Yin. "Quando mettiamo il ricamo in una scarpa, se stai correndo, si genera un voltaggio più elevato che se stessi semplicemente camminando. Quando cuciamo i numeri sul tessuto e li stiriamo, si genera un voltaggio diverso per ciascun numero. Potrebbe essere utilizzato come interfaccia."

Poiché i prodotti tessili saranno inevitabilmente lavati, hanno testato la durabilità del loro ricamo in una serie di test di lavaggio e sfregamento. Dopo aver lavato a mano, risciacquato il ricamo con detersivo e averlo asciugato in forno, non hanno riscontrato alcuna differenza o un leggero aumento della tensione. Per il prototipo rivestito di plasma, hanno riscontrato prestazioni indebolite ma comunque superiori rispetto al campione originale. Dopo un test di abrasione, hanno scoperto che non vi erano cambiamenti significativi nelle prestazioni di uscita elettrica dei loro progetti dopo 10.000 cicli di sfregamento.

Nel lavoro futuro, prevedono di integrare i propri sensori con altri dispositivi per aggiungere più funzioni.