Los investigadores que están trabajando para desarrollar dispositivos electrónicos portátiles han alcanzado un hito: son capaces de bordar circuitos en la tela con precisión de 0.1 mm, el tamaño perfecto para integrar componentes electrónicos como sensores y dispositivos de memoria de la computadora en la ropa.
Con este avance, los investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han dado el siguiente paso hacia el diseño de textiles funcionales: ropa que recolecta, almacena o transmite información digital. Con un mayor desarrollo, la tecnología podría conducir a camisas que actúen como antenas parasu teléfono inteligente o tableta, ropa de entrenamiento que controla su nivel de condición física, equipo deportivo que controla el rendimiento de los atletas, un vendaje que le dice a su médico qué tan bien está sanando el tejido debajo de él, o incluso una gorra de tela flexible que detecta la actividad en el cerebro.
Ese último artículo es uno que John Volakis, director del Laboratorio de Electrociencia en el estado de Ohio, y la científica de investigación Asimina Kiourti están investigando. La idea es hacer implantes cerebrales, que están en desarrollo para tratar afecciones desde la epilepsia hasta la adicción, más cómodoseliminando la necesidad de cableado externo en el cuerpo del paciente.
"Una revolución está ocurriendo en la industria textil", dijo Volakis, quien también es el profesor de Ingeniería Eléctrica Roy & Lois Chope en Ohio State. "Creemos que los textiles funcionales son una tecnología que permite la comunicación y la detección, yun día, incluso aplicaciones médicas como imágenes y monitoreo de salud "
Recientemente, él y Kiourti refinaron su método de fabricación patentado para crear prototipos de dispositivos portátiles a una fracción del costo y en la mitad del tiempo que pudieron hace solo dos años. Con nuevas patentes pendientes, publicaron los nuevos resultados en la revista Antenas IEEE y letras de propagación inalámbricas .
En el laboratorio de Volakis, los textiles funcionales, también llamados "e-textiles", se crean en parte en una máquina de coser de mesa típica, del tipo que los artesanos de tela y los aficionados pueden tener en casa. Al igual que otras máquinas de coser modernas,borda el hilo en la tela automáticamente según un patrón cargado a través de un archivo de computadora. Los investigadores sustituyen el hilo con finos alambres de metal plateado que, una vez bordados, sienten lo mismo que el hilo tradicional al tacto.
"Comenzamos con una tecnología muy conocida, el bordado a máquina, y preguntamos, ¿cómo podemos funcionalizar las formas bordadas? ¿Cómo hacemos que transmitan señales a frecuencias útiles, como teléfonos celulares o sensores de salud?"Volakis dijo: "Ahora, por primera vez, hemos logrado la precisión de las placas de circuito impreso de metal, por lo que nuestro nuevo objetivo es aprovechar la precisión para incorporar receptores y otros componentes electrónicos".
La forma del bordado determina la frecuencia de operación de la antena o circuito, explicó Kiourti.
La forma de una antena de banda ancha, por ejemplo, consiste en más de media docena de formas geométricas entrelazadas, cada una un poco más grande que una uña, que forman un círculo intrincado de unas pocas pulgadas de diámetro. Cada parte del círculo transmite energía afrecuencia diferente, de modo que cubran un amplio espectro de energías cuando trabajan juntos, de ahí la capacidad de "banda ancha" de la antena para el acceso a Internet y teléfono celular.
"La forma determina la función", dijo. "Y nunca se sabe realmente qué forma necesitará de una aplicación a la siguiente. Por lo tanto, queríamos tener una tecnología que pudiera bordar cualquier forma para cualquier aplicación".
Kiourti agregó que el objetivo inicial de los investigadores era aumentar la precisión del bordado tanto como fuera posible, lo que requería trabajar con alambre de plata fino. Pero eso creó un problema, ya que los alambres finos no podían proporcionar tanta superficieconductividad como cables gruesos. Por lo tanto, tuvieron que encontrar una manera de trabajar el hilo fino en densidades y formas de bordado que aumentaran la conductividad de la superficie y, por lo tanto, el rendimiento de la antena / sensor.
Anteriormente, los investigadores habían usado hilo de polímero recubierto de plata con un diámetro de 0.5 mm, cada hilo compuesto de 600 filamentos incluso más finos torcidos entre sí. Los nuevos hilos tienen un diámetro de 0.1 mm, hecho con solo siete filamentos. Cada filamentoes cobre en el centro, esmaltado con plata pura.
Compran el cable por el carrete a un costo de 3 centavos por pie; Kiourti estimó que bordar una sola antena de banda ancha como la mencionada anteriormente consume aproximadamente 10 pies de hilo, por un costo de material de alrededor de 30 centavos por antena. Eso es24 veces menos costoso que cuando Volakis y Kiourti crearon antenas similares en 2014.
En parte, el ahorro de costos proviene del uso de menos hilo por bordado. Los investigadores previamente tuvieron que apilar el hilo más grueso en dos capas, una encima de la otra, para que la antena llevara una señal eléctrica lo suficientemente fuerte. Pero refinandoCon la técnica que ella y Volakis desarrollaron, Kiourti pudo crear las nuevas antenas de alta precisión en una sola capa bordada del hilo más fino. Así que ahora el proceso lleva la mitad del tiempo: solo unos 15 minutos para la antena de banda ancha mencionada anteriormente.
También ha incorporado algunas técnicas comunes a la fabricación de microelectrónica para agregar piezas a antenas y circuitos bordados.
Una antena prototipo se ve como una espiral y puede bordarse en la ropa para mejorar la recepción de la señal del teléfono celular. Otro prototipo, una antena extensible con un chip RFID identificación por radiofrecuencia integrado incrustado en goma, lleva las aplicaciones de la tecnología más alláropa este último objeto fue parte de un estudio realizado para un fabricante de neumáticos.
Sin embargo, otro circuito se asemeja al logotipo "O" de Ohio State Block, con hilos escarlatas y grises no conductores bordados entre los alambres plateados "para demostrar que los textiles electrónicos pueden ser tanto decorativos como funcionales", dijo Kiourti.
Pueden ser decorativos, pero las antenas y circuitos bordados realmente funcionan. Las pruebas mostraron que una antena espiral bordada que mide aproximadamente seis pulgadas a través de señales transmitidas a frecuencias de 1 a 5 GHz con una eficiencia casi perfecta. El rendimiento sugiere que la espiralser adecuado para Internet de banda ancha y comunicación celular.
En otras palabras, la camisa en su espalda podría ayudar a aumentar la recepción del teléfono inteligente o tableta que está sosteniendo, o enviar señales a sus dispositivos con datos de salud o rendimiento deportivo.
El trabajo encaja bien con el papel del Estado de Ohio como socio fundador del Advanced Functional Fabrics of America Institute, un centro nacional de recursos de fabricación para la industria y el gobierno. El nuevo instituto, que se une a unas 50 universidades y socios industriales, se anunció anteriormente.mes por el Secretario de Defensa de los Estados Unidos, Ashton Carter.
Syscom Advanced Materials en Columbus proporcionó los hilos utilizados en el trabajo inicial de Volakis y Kiourti. Los hilos más finos utilizados en este estudio fueron adquiridos del fabricante suizo Elektrisola. La investigación es financiada por la National Science Foundation, y Ohio State licenciará la tecnología paradesarrollo adicional.
Hasta entonces, Volakis está haciendo una lista de compras para la próxima fase del proyecto.
"Queremos una máquina de coser más grande", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio . Original escrito por Pam Frost Gorder. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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