Hainele viitorului ar putea avea ecrane tactile. Cercetătorii au creat o țesătură care afișează videoclipuri și notificări

Cercetătorii de la Universitatea Națională din Singapore au dezvoltat o tehnologie care transformă țesătura hainelor într-un ecran tactil funcțional. Materialul poate reda videoclipuri, afișa notificări, recunoaște comenzi vocale și măsura temperatura corpului. Invenția folosește fibre electronice cu LED-uri miniaturale și ar putea avea aplicații în medicină, sport, industrie și dezvoltarea hainelor inteligente.

Ecran tactil integrat direct în țesătura hainelor. Cercetătorii au creat un material care poate reda videoclipuri și afișa notificări

Ecranele au devenit indispensabile în aproape toate aspectele vieții cotidiene. Le găsim pe telefoane, panouri publicitare, dispozitive portabile de mici dimensiuni, aparate de cafea, toalete și în numeroase alte locuri. Acum, cercetătorii au descoperit o metodă prin care pot integra ecranele direct în țesătura hainelor.

Cercetătorii de la Universitatea Națională din Singapore (NUS) au găsit o modalitate de a transforma o țesătură cu aspect obișnuit într-un ecran interactiv.

Nu este vorba despre un ecran montat într-un tricou, ci despre o țesătură care devine ea însăși ecran. Materialul poate reda videoclipuri, afișa notificări, măsura temperatura corpului și reacționa la atingere, scrie New Atlas. Tehnologia care face posibilă această invenție se bazează pe o fibră electronică specială, sensibilă la presiune, care conține cipuri LED miniaturale, conexiuni electrice și un strat sensibil la atingere.

Fiecare fibră are o grosime de aproximativ un milimetru și o lungime de 10 metri.

Cercetătorii au transformat mâneca unei haine într-un ecran cu 5.184 de pixeli

Pentru demonstrație, cercetătorii au integrat 54 de astfel de fibre în zona antebrațului unei mâneci. Fiecare fibră conține 96 de LED-uri, ceea ce permite obținerea unui ecran cu o rezoluție de 96 × 54 de pixeli și o suprafață de 168 × 105 milimetri.

Dispozitivul are o rată de reîmprospătare de 30 de cadre pe secundă și o adâncime de culoare de 8 biți. Chiar dacă rezoluția este destul de redusă în comparație cu standardele actuale ale ecranelor, materialul poate reda imagini recognoscibile, animații și interfețe grafice simple.

Pe lângă fibrele care formează ecranul, cercetătorii au integrat în material și un microfon, un difuzor și mai mulți senzori, folosind fibre electronice flexibile. Proiectul a fost prezentat într-un studiu publicat în revista științifică Nature.

Fibrele electronice conțin LED-uri miniaturale și fire electrice microscopice

Tehnologia se bazează pe ceea ce cercetătorii numesc fibre digitale de pixeli. Fiecare fibră este un fir lung și flexibil din plastic, în interiorul căruia se află un șir de cipuri LED miniaturale, fire electrice foarte subțiri și un strat sensibil la atingere.

Fiecare LED funcționează ca un pixel individual, care poate lumina în culori diferite. Firele electrice asigură alimentarea și transmit instrucțiunile necesare pentru ca LED-urile să afișeze imaginile dorite.

Integrarea tuturor acestor componente electronice într-un fir atât de subțire și flexibil a reprezentat o provocare tehnică importantă.

Cercetătorii au început prin a aranja mii de cipuri LED RGB miniaturale într-o linie dreaptă, după care au conectat mai multe fire de cupru extrem de subțiri, acoperite cu material izolator. Cu ajutorul unui laser programabil, au îndepărtat cu atenție izolația în anumite puncte, acolo unde firele trebuiau conectate la LED-uri.

Ulterior, au aplicat material de lipire și au încălzit ansamblul, astfel încât metalul topit să realizeze conexiuni numai în zonele în care cuprul fusese expus. Prin această metodă, au reușit să conecteze peste 5.000 de cipuri electronice prin intermediul a mai mult de 20.000 de conexiuni electrice.

După montarea LED-urilor și realizarea conexiunilor, cercetătorii au folosit un procedeu numit tragere termică pentru a transforma ansamblul într-o fibră. Acesta presupune încălzirea unei structuri mai mari din polimer până când materialul se înmoaie, urmată de întinderea sa într-o formă mult mai subțire și alungită.

În timpul procesului, banda cu LED-uri interconectate este introdusă continuu în structura respectivă. Componentele electronice ajung astfel în interiorul unui polimer transparent și flexibil, iar sub LED-uri sunt integrate straturi conductoare care permit detectarea atingerii.

Fiecare fibră rezultată funcționează practic ca un ecran digital lung și îngust. LED-urile conțin elemente care emit lumină roșie, verde și albastră, iar intensitatea acestora poate fi reglată pentru obținerea diferitelor culori.

Un controler transmite instrucțiuni digitale prin firele de cupru, indicând fiecărui LED ce culoare trebuie să afișeze și la ce intensitate. Fiecare LED primește comenzile și transmite mai departe datele rămase către următorul, ceea ce permite întregului șir să afișeze simultan culori și modele diferite.

Haina poate reda videoclipuri, recunoaște comenzile vocale și măsoară temperatura corpului

După dezvoltarea fibrelor individuale, următoarea etapă a fost asamblarea lor într-un ecran tactil propriu-zis. Pentru prototip, cercetătorii au integrat 54 de fibre electronice în mâneca unei haine. Fiecare fibră conține 96 de LED-uri controlabile individual, rezultând un ecran bidimensional funcțional.

Pe lângă fibrele care formează ecranul, echipa a introdus în material și alte componente electronice specializate, fabricate prin aceeași tehnică.

Printre acestea se numără un microfon și un difuzor, care permit utilizarea comenzilor vocale și redarea sunetului, senzori de mișcare pentru detectarea deplasării și orientării, precum și un magnetometru care oferă funcționalități de busolă.

Haina include și un senzor de temperatură pentru monitorizarea temperaturii corpului, respectiv un senzor de lumină ambientală, care reglează automat luminozitatea ecranului.

Prin combinarea acestor componente, mâneca poate îndeplini mai multe funcții asociate primelor generații de telefoane inteligente. Aceasta poate reda videoclipuri cu sunet, poate reacționa la comenzi vocale, își poate roti automat afișajul și poate prezenta temperatura corpului persoanei care o poartă.

Materialul electronic a rezistat la 50 de spălări în mașina de spălat

Ecranele flexibile, textilele electronice și hainele inteligente nu reprezintă concepte complet noi. Totuși, majoritatea soluțiilor existente presupun atașarea componentelor electronice pe suprafața materialului sau integrarea unor funcții relativ simple de iluminare și detectare.

Noutatea cercetării de la Universitatea Națională din Singapore constă în dezvoltarea unei interfețe grafice programabile, sensibile la atingere, construite din fibre electronice care fac parte chiar din structura hainei.

Un alt rezultat important privește rezistența materialului. În ciuda numărului mare de componente electronice integrate, cercetătorii au demonstrat că țesătura poate rezista la 50 de cicluri de spălare în mașina de spălat și la 1.000 de cicluri de îndoire, fără deteriorări semnificative ale funcțiilor de afișare și detectare a atingerii.

Arhitectura de fabricație reprezintă, de asemenea, o realizare tehnică importantă. Integrarea a peste 5.000 de cipuri și a mai mult de 20.000 de conexiuni electrice, fără pierderea flexibilității și a capacității materialului de a permite circulația aerului, arată că tehnologia ar putea fi utilizată în dezvoltarea unor articole vestimentare funcționale.

Hainele inteligente ar putea fi folosite în medicină, sport și mediul industrial

Printre posibilele aplicații se numără hainele inteligente care pot afișa notificări, indicații de navigație și alte informații, fără ca utilizatorii să fie nevoiți să își scoată telefoanele din buzunar.

În domeniul medical, astfel de articole vestimentare ar putea monitoriza permanent semne vitale, precum temperatura corpului și ritmul cardiac. Persoanele care le poartă ar putea consulta și utiliza direct pe haine informațiile referitoare la starea lor de sănătate.

Sportivii ar putea folosi tehnologii similare pentru monitorizarea performanțelor, în timp ce angajații din mediile industriale ar putea primi alerte de siguranță și instrucțiuni de lucru direct pe mânecile hainelor.

Cercetătorii iau în calcul și integrarea inteligenței artificiale în viitoarele versiuni ale tehnologiei. Astfel, hainele ar putea ajunge să reacționeze în mod inteligent la persoana care le poartă și la mediul înconjurător.

Rezoluția redusă și grosimea fibrelor reprezintă principalele limitări ale tehnologiei

Noua tehnologie are însă și câteva dezavantaje. Fibrele au o grosime de aproximativ un milimetru, ceea ce este relativ mult pentru un fir textil. În plus, rezoluția ecranului este destul de redusă în comparație cu cea a dispozitivelor moderne.

Cercetătorii lucrează în prezent la îmbunătățirea rezoluției prin dezvoltarea unor componente electronice mai mici și a unor fibre mai subțiri. În paralel, echipa urmărește integrarea unor senzori mai avansați și a unor funcții de inteligență artificială care să poată funcționa direct pe dispozitiv.

Obiectivul final este reunirea funcțiilor de afișare, detectare a atingerii și procesare inteligentă într-o singură platformă textilă. În acest fel, hainele viitorului ar putea monitoriza persoana care le poartă, ar putea interpreta informațiile din mediul înconjurător și ar putea furniza date sau asistență atunci când este nevoie.