Archeologie onthult dat mensen ongeveer 170.000 jaar geleden kleding begonnen te dragen, heel dicht bij de voorlaatste ijstijd. Maar zelfs nu dragen de meeste moderne mensen kleding die nauwelijks verschilt van die vroegste kleding. Maar dat gaat veranderen, omdat flexibele elektronica steeds meer wordt verweven in wat 'slimme stoffen' worden genoemd.
Veel van deze zijn al beschikbaar voor aankoop, zoals leggings die zachte vibraties bieden voor gemakkelijkere yoga, T-shirts die de prestaties van spelers volgen en sportbeha's die de hartslag volgen. Slimme stoffen hebben potentieel veelbelovende toepassingen in de gezondheidszorg (het meten van de hartslag en bloeddruk van patiënten), defensie (bewaken van de gezondheid en activiteit van soldaten), auto's (stoeltemperatuur aanpassen om passagiers comfortabeler te maken) en zelfs slimme steden (borden laten communiceren met voorbijgangers).
In het ideale geval zijn de elektronische componenten van deze kledingstukken - sensoren, antennes om gegevens te verzenden en batterijen om stroom te leveren - klein, flexibel en grotendeels onopgemerkt door hun dragers. Dat geldt tegenwoordig voor sensoren, waarvan vele zelfs machinewasbaar zijn. Maar de meeste antennes en batterijen zijn stijf en niet waterdicht, dus ze moeten van de kleding worden verwijderd voordat ze worden gewassen.
Mijn werk bij het ElectroScience Laboratory van de Ohio State University heeft als doel antennes en stroombronnen te maken die even flexibel en afwasbaar zijn. In het bijzonder borduren we elektronica rechtstreeks in stoffen met behulp van geleidende draden, die we 'e-threads' noemen.
Antenne borduurwerk
Een geborduurde antenne (ElectroScience Lab, CC BY-ND) De e-threads waarmee we werken zijn bundels van getwiste polymeerfilamenten om sterkte te bieden, elk met een op metaal gebaseerde coating om elektriciteit te geleiden. De polymeerkern van elk filament is typisch gemaakt van Kevlar of Zylon, terwijl de omringende coating zilver is. Tientallen of zelfs honderden van deze filamenten worden vervolgens in elkaar gedraaid om een enkele e-thread te vormen die meestal minder dan een halve millimeter breed is.
Deze e-threads kunnen gemakkelijk worden gebruikt met gewone commerciële borduuruitrusting - dezelfde computer-verbonden stikmachines die mensen dagelijks gebruiken om hun naam op sportjacks en sweatshirts te zetten. De geborduurde antennes zijn lichtgewicht en net zo goed als hun stijve koperen tegenhangers, en kunnen net zo ingewikkeld zijn als geavanceerde printplaten.
Onze e-thread-antennes kunnen zelfs worden gecombineerd met reguliere threads in complexere ontwerpen, zoals het integreren van antennes in bedrijfslogo's of andere ontwerpen. We hebben antennes kunnen borduren op stoffen zo dun als organza en zo dik als Kevlar. Eenmaal geborduurd, kunnen de draden worden verbonden met sensoren en batterijen door traditionele solderen of flexibele onderlinge verbindingen die componenten aan elkaar koppelen.
Tot nu toe hebben we slimme hoeden kunnen maken die diepe hersensignalen aflezen voor patiënten met Parkinson of epilepsie. We hebben geborduurde T-shirts met antennes die het bereik van Wi-Fi-signalen uitbreiden naar de mobiele telefoon van de drager. We hebben ook matten en lakens gemaakt die de lengte van baby's controleren om te screenen op een reeks medische aandoeningen in de vroege kinderjaren. En we hebben opvouwbare antennes gemaakt die meten hoeveel een oppervlak de stof heeft gebogen of opgetild.
Verder dan de antenne
Mijn laboratorium werkt ook samen met andere onderzoekers van Ohio State, waaronder chemicus Anne Co en arts Chandan Sen, om flexibele, op stof gebaseerde miniatuurstroomgeneratoren te maken.
Gedrukt op stof, kunnen metalen energie opwekken. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) We gebruiken een proces dat lijkt op inkjetprinten om afwisselende gebieden van zilveren en zinkstippen op de stof te plaatsen. Wanneer die metalen in contact komen met zweet, zoutoplossing of zelfs vloeistof die uit wonden wordt geloosd, fungeert zilver als de positieve elektrode en dient zink als de negatieve elektrode - en stroomt er daartussenheen.
We hebben kleine hoeveelheden elektriciteit opgewekt door de stof vochtig te maken - zonder dat er extra circuits of componenten nodig zijn. Het is een volledig flexibele, wasbare stroombron die verbinding kan maken met andere draagbare elektronica, waardoor conventionele batterijen niet meer nodig zijn.
Zowel samen als individueel, zal deze flexibele, draagbare elektronica kleding transformeren in verbonden, voelende, communicerende apparaten die goed aansluiten op het weefsel van de onderling verbonden 21ste eeuw.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Asimina Kiourti, universitair docent elektrotechniek en computertechniek aan de Ohio State University
