あなたの服のコンピュータ?ウェアラブルエレクトロニクスのマイルストーン
Aug 22, 2018

ウェアラブルエレクトロニクスの開発に取り組んでいる研究者は、センサやコンピュータメモリデバイスなどの電子部品を衣類に組み込むのに最適な0.1mmの精度で回路を刺繍することができます。

この進歩により、オハイオ州立大学の研究者は、デジタル情報を収集、格納、または送信する機能性織物のデザインに次のステップを踏み出しました。 さらなる開発により、あなたのスマートフォンやタブレットのアンテナとして機能するシャツ、フィットネスレベルを監視するトレーニング服、アスリートのパフォーマンスを監視するスポーツ用具、下の組織の健康状態を医師に伝える包帯癒し、あるいは脳の活動を感知する柔軟な織物の帽子です。

その最後の項目は、オハイオ州のElectroScience LaboratoryのJohn Volakisと研究科学者のAsimina Kiourtiが調査しているものです。 このアイデアは、患者の身体の外部配線の必要性を排除することにより、てんかんから中毒までの状態を治療するために開発中の脳インプラントを作ることである。

オハイオ州立大学で電気工学のロイ・アンド・ロイス・チョープ校教授を務めるボラキス氏は、「繊維業界で革命が起こっている。 「ファンクショナルテキスタイルは、コミュニケーションとセンシングのための実現可能なテクノロジーであり、イメージングやヘルスモニタリングのような医療アプリケーションでさえも可能と考えています。

最近、彼とKiourtiは、わずか2年前と比べて半分のコストで、プロトタイプのウェアラブルを作成するための特許製法を改良しました。 新しい特許が保留されているので、新しい結果が雑誌IEEE Antennas and Wireless Propagation Lettersに掲載されました。

ボラキスの研究室では、ファブリックの職人や愛好家が自宅に持っているかもしれない典型的な卓上ミシンに、機能性繊維(「e-テキスタイル」とも呼ばれる)が部分的に作られています。 他の現代のミシンと同様に、コンピュータファイルを介してロードされたパターンに基づいて糸を布地に自動的に刺繍する。 研究者たちは、一度刺繍された細い銀色の金属線で糸を代用し、従来の糸と同じように感じます。

「私たちは、機械刺繍として非常によく知られている技術から始め、どのように刺繍された形状を機能化することができますか? ボラキス氏は、携帯電話や健康センサーのような有用な周波数で信号を送信させるにはどうすればいいのでしょうか? 「初めて、プリント回路基板の精度を達成しました。新しい目標は、レシーバや他の電子部品を組み込む精度を利用することです。

刺繍の形状によって、アンテナまたは回路の動作周波数が決まるとKiourti氏は説明します。

例えば、1つの広帯域アンテナの形状は、数十インチ以上の幾何学的な形状からなり、それぞれ手のひらより少し大きく、数インチの複雑な円を形成する。 円の各部分は、異なる周波数でエネルギーを伝送するので、一緒に働くときに広範囲のエネルギーをカバーするため、携帯電話やインターネットアクセス用のアンテナの「ブロードバンド」能力を発揮します。

「形状が機能を決定する」と彼女は語った。 "そして、あるアプリケーションから次のアプリケーションにどのような形が必要かは決して分かりません。 だから、あらゆるアプリケーションにどんな形でも刺繍ができる技術が必要でした」

研究者の初期の目標は、刺繍の精度を可能な限り向上させることであったため、細い銀線で作業する必要がありました。 しかし、これは細いワイヤーが太いワイヤーほどの表面伝導性を提供できないという点で問題を生み出しました。 だから、彼らは表面の導電性を高め、したがってアンテナ/センサーの性能を向上させる刺しゅう密度と形状に細かい糸を加工する方法を見つけなければなりませんでした。

以前は、直径0.5mmの銀コーティングされたポリマー糸を使用していましたが、各糸は一緒にねじれた600本の細かいフィラメントで構成されていました。 新しい糸の直径は0.1mmで、フィラメントは7本しかありません。 各フィラメントは中央の銅で、純粋な銀でエナメル加工されています。

彼らは1フィートあたり3セントのコストでスプールでワイヤーを購入します。 Kiourtiは、上記のような単一の広帯域アンテナを刺繍することは、アンテナ当たり約30セントの材料コストで約10フィートの糸を消費すると推定した。 VolakisとKiourtiが2014年に同様のアンテナを作成した場合に比べて24倍も安価です。

部分的には、刺繍1本あたりの糸使用量が少なくて済みます。 研究者は、アンテナを強く十分な電気信号を運ぶために、以前は2つの層を重ねて、より厚い糸を積み重ねなければなりませんでした。 しかし、彼女とボラキスが開発した技術を改良することで、Kiourtiはより細かいスレッドの1つの刺繍層にのみ新しい高精度アンテナを作成することができました。 今は半分の時間がかかります。上記のブロードバンド・アンテナの場合は約15分です。

彼女はまた、刺繍されたアンテナや回路に部品を追加するために、マイクロエレクトロニクス製造に共通の技術をいくつか取り入れました。

1つのプロトタイプのアンテナはらせんのように見え、携帯電話の信号受信を改善するために衣服に刺繍することができます。 別の試作品、すなわちゴムに埋め込まれたRFID(無線周波数識別)チップを内蔵した伸縮可能なアンテナは、衣類を超えた技術への応用を可能にします。 (後者の対象は、タイヤ製造業者向けの調査の一部であった)。

さらに、オハイオ州ブロック「O」のロゴに似ており、シルバーワイヤーの中に非導電性の緋色と灰色の糸が刺繍されているため、電子テキスタイルが装飾的で機能的であることを実証しています。

彼らは装飾かもしれないが、刺繍されたアンテナと回路は実際に働く。 テストでは、ほぼ完全な効率で1〜5GHzの周波数で送信信号を横切って約6インチの寸法を有する刺繍されたスパイラルアンテナが示されました。 パフォーマンスは、スパイラルがブロードバンドインターネットとセルラー通信に適していることを示唆しています。

つまり、背中のシャツは、持ち歩いているスマートフォンやタブレットのレセプションの向上に役立ちます。健康や運動能力データを使ってデバイスに信号を送信することもできます。

この作業は、業界および政府の全米製造資源センターであるアメリカ研究所のAdvanced Functional Fabricsの創設パートナーとしてのオハイオ州の役割に適しています。 約50の大学と産業界のパートナーに加盟したこの新しい機関は、今月、アシュトン・カーター国防長官によって発表された。

コロンブスのSyscom Advanced Materialsは、VolakisとKiourtiの初期作業で使われたスレッドを提供しました。 この研究で使用された細かい糸は、スイスの製造元Elektrisolaから購入しました。 この研究は、国立科学財団が資金を提供しており、オハイオ州はさらなる開発のためにこの技術のライセンスを取得する予定です。

それまでは、Volakisはプロジェクトの次の段階の買い物リストを作成しています。

「より大きなミシンが欲しい」

元の記事はiconnect007から来ます