Ткань со светящимися волокнами превратила рукав в навигатор

Инженеры из Китая, Германии, США и Австралии создали светящуюся ткань, не боящуюся растяжений и других деформаций, возникающих при ношении одежды. В отличие от других подобных тканей, в новой светится не вся поверхность, а отдельные пиксели, поэтому ее можно использовать в качестве дисплея для умной одежды: в качестве примера авторы создали рукав с навигатором и текстовыми уведомлениями. Статья опубликована в Nature.

Довольно давно инженеры предложили на смену распространенной сегодня умной носимой электронике другую концепцию — умную одежду. Она предполагает, что сама одежда будет уметь взаимодействовать с пользователем или окружающей средой. На текущем этапе развития технологий умная одежда существует уже не только в виде прототипов и ее можно купить. Например, у Google и Nokia есть умные куртки, но в обоих случаях основная электроника находится в съемном модуле, закрепляемом на рукаве, поэтому их можно рассматривать и как обычные предметы одежды, продающиеся вместе с носимым гаджетом.

В классическом понимании, которого придерживаются многие инженеры из этой области, сама основа умной одежды должна иметь возможность интерактивного взаимодействия с человеком и окружающей средой, поэтому большинство прототипов умной одежды состоят из функциональных тканей, которые могут получать сигналы при помощи сенсорных панелей или выводить информацию (как правило, с помощью свечения). В случае со светящимися тканями пока их прототипы в основном могут светиться либо равномерно по всей поверхности, либо в отдельных волокнах, но предварительно заданных.

Инженеры под руководством Пэйнина Чэня (Peining Chen) и Хуэйшэна Пэна (Huisheng Peng) из Фуданьского университета создали для умной одежды ткань, в которой часть волокон образуют светящиеся пиксели, которые можно включать и выключать независимо от других. Ткань состоит из трех видов волокон. В основе лежит хлопковые волокна, которые образуют базовую перекрещивающуюся структуру, а в нее вплетено два других вида волокон: одно прозрачное и электропроводное, а второе состоит из электролюминесцентного материала, излучающего свет под действием электрического поля. Функциональные волокна вплетены в основную сетку из хлопкового волокна перпендикулярно друг другу.

При приложении напряжения к двум пересекающимся волокнам — прозрачному и электролюминесцентному — в месте их контакта возникает свечение. Таким образом, эти пересечения можно рассматривать как независимые пиксели, которые можно активировать в произвольном порядке, чтобы выводить на них информацию.

Использовав эту конструкцию ткани, авторы создали несколько прототипов, чтобы показать ее потенциальные применения. Самый примечательный из них — это рукав с дисплеем для рубашки. Помимо дисплея в нем есть сенсорная панель, солнечная панель, вырабатывающая энергию и аккумулятор. Все эти компоненты тоже вплетены в ткань и состоят из волокон.

Клавиатура состоит из вплетенных в ткань углеродных и металлических волокон. В обычном состоянии они, хотя и находятся рядом, но не контактируют, поэтому при подведении напряжения на пересечении волокон образуются элементы с большим сопротивлением. Если палец нажимает на область клавиатуры, то волокна соприкасаются и сопротивление резко падает. Солнечная панель состоит из вплетенных в ткань титановых нитей, на поверхности которых авторы предварительно вырастили нанотрубки из оксида титана. Они выступают в качестве фотоанодов и позволяют вырабатывать ток в цепи, в которую также включен аккумулятор. Он состоит из двойных волокон: цинковой нити и волокна из углеродных нанотрубок.

Вышив основные компоненты на швейной машинке, инженеры подсоединили к ним внешний блок управления с микроконтроллером и Bluetooth-модулем, через который рукав может получать сообщения, местоположение и прочие данные.

Один из примеров того, как можно использовать подобную умную одежду — это навигация. В случае с умным рукавом на его поверхности во время ходьбы отображается упрощенная карта перекрестка и метка текущего местоположения. Также авторы показали, что на рукав можно выводить уведомления — иконку письма. После этого пользователь может нажать на сенсорный экран и открыть уведомление — в таком случае на дисплее отобразится текст послания.

Авторы показали, что ткань можно применять на практике, подвергнув ее сильным нагрузкам. В частности, они мяли ее и сгибали пополам, а затем измерили освещенность. Выяснилось, что яркость пикселей после этого разнилась менее чем на 15 процентов, тогда как изначально этот показатель составлял 8 процентов. Также инженеры провели сто стирок с добавленными стальными шарами для повышенного износа и не обнаружили заметного падения яркости пикселей.

В 2018 году японские инженеры создали прозрачный и эластичный дисплей, который можно носить прямо на коже. В качестве примера они приклеили его на ладонь и вывели на него данные о сердцебиении человека.

Григорий Копиев