Estos textiles electrónicos no necesitan chips ni baterías
Las fibras suaves se iluminan y envían señales inalámbricasconsolotocar un dedo.
KATHERINE BOURZAC
05 APR 2024
Los sensores, controladores y otros dispositivos electrónicos integrados en la ropa podrían cambiar la forma en que interactuamos con las computadoras y entre nosotros. Pero los esfuerzos para convertir las camisetas en dispositivos electrónicos se han visto obstaculizados por la necesidad de alimentarlas con baterías voluminosas y procesar sus datos mediante placas de circuitos rígidas.
Una investigación publicada hoy en Science muestra que no tiene por qué ser así. Los textiles tejidos a partir de fibras en capas de alta tecnología se acoplan al cuerpo para eliminar la energía electromagnética del medio ambiente (pilas no incluidas). Los textiles también pueden actuar como sensores simples que son fáciles de leer a simple vista, o pueden emitir una señal inalámbrica. El equipo de investigación detrás de las fibras incluye a Chengyi Hou, Hongzhi Wang y Qinghong Zhang, que están en la facultad de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad Donghua en Shanghai.
El grupo ha demostrado estas fibras inteligentes en una variedad de aplicaciones. Han creado una alfombra que detecta los pasos de las personas, un controlador de juego textil, una pantalla portátil de 644 píxeles y un teclado textil que se puede utilizar para escribir mensajes y colocarlos en la pantalla.
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electrónica textil inalámbrica de los investigadores permite una visualización táctil de píxeles estampados sin chips ni baterías. YANG ET AL.
Los ingenieros han fabricado textiles inteligentes similares antes, incluidos sensores de presión y tacto a base de fibra. Pero todos los dispositivos anteriores requerían una conexión a fuentes de energía rígidas y circuitos integrados. “Aun así había que tener una tabla en alguna parte, en una mochila o en un bolsillo”, dice Yunzhu Li, ingeniero eléctrico e informático de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Li no participó en la investigación actual. Los nuevos dispositivos basados en fibra “no requieren nada duro ni rígido”, afirma. Por lo tanto, tienen el potencial de reducir las barreras para un uso más generalizado de textiles inteligentes.
Las fibras están formadas por tres capas. Un núcleo de fibras de nailon plateadas actúa como antena, induciendo un campo electromagnético. Está recubierto con una capa de resina dieléctrica, que puede almacenar la energía electromagnética que se acopla a la fibra cuando una persona la toca. Finalmente, la fibra está rematada con una capa exterior que se ilumina en respuesta a esa energía electromagnética. La capa óptica es una resina mezclada con fósforo que contiene zinc y cobre. Las fibras se pueden teñir durante la fabricación para cambiar su color.
Simplemente colocando la fibra acoplada al cuerpo de los investigadores en la mano puede generar suficiente energía para iluminarla. WEIFENG YANG/DONGHUA UNIVERSITY/YANG ET AL.
El cuerpo humano es el otro componente crítico. Cuando la yema del dedo de una persona, por ejemplo, se acerca a un punto particular de la fibra, las cargas se almacenan justo en ese lugar. Cuando se acumula suficiente carga, esto excita la capa óptica y hace que se ilumine. Y cuando alguien presiona la fibra con la yema del dedo, la carga se vuelve más intensa. Por encima de cierto umbral, esta presión genera una señal inalámbrica. Esto permite que los textiles fabricados con estas fibras actúen como un simple sensor táctil sin necesidad de baterías ni circuitos lógicos.
Un investigador muestra un tejido acoplado al cuerpo que integra patrones de iluminación inalámbricos con una pantalla sin chip.WEIFENG YANG/DONGHUA UNIVERSITY/YANG ET AL.
Estas fibras pueden tejerse en textiles y usarse para fabricar ropa o alfombras. También se pueden utilizar como hilo de bordar, mezclados con fibras más convencionales. Como no es necesario añadir placas de circuito ni otros extras, se pueden tejer simplemente mediante técnicas industriales. Los investigadores adaptaron las fibras para que fueran cómodas de usar ajustando su rigidez, suavidad y otras cualidades. Después de 25 lavados, los textiles mantienen su apariencia y rendimiento.
Li dice que las fibras sensibles al tacto podrían ayudar a que sea mucho más fácil recopilar los datos táctiles necesarios para entrenar robots. La mayoría de los datos de los modelos existentes utilizados para enseñar a los robots sobre el mundo (llamados “modelos fundamentales”) se basan en fotografías y textos disponibles en Internet. Pero utilizamos mucho más que información visual para navegar por nuestro entorno. Sentir cómo tu cuerpo contacta con una silla te ayuda a saber si estás estable o a punto de caerte. Al cortar ingredientes, no basta con observar los movimientos del cuchillo. si puedes sentir que lo que estás cortando es suave como el tofu o duro como una zanahoria, la cena quedará mejor.
Las fibras electrónicas sensibles al tacto son tan fáciles de usar y resultan tan prometedoras para la fabricación a gran escala, que podrían facilitar la recopilación de enormes cantidades de datos táctiles del mundo real para construir modelos básicos más realistas, afirma Li. Se imagina que la gente use estos sensores en la ropa o en guantes para recopilar este tipo de información.
“Los textiles electrónicos abren muchas vías en la informática ubicua porque los textiles están en todas partes en la vida diaria”, dice Li.