Cartref > Newyddion > Cynnwys
Cyfrifiaduron yn eich dillad? Carreg Filltir ar gyfer Electronig Wearable
Aug 22, 2018

Mae ymchwilwyr sy'n gweithio i ddatblygu electroneg wearable wedi cyrraedd carreg filltir: Gallant frodio cylchedau i mewn i ffabrig gyda 0.1 mm o fanwl - y maint perffaith i integreiddio cydrannau electronig megis synwyryddion a dyfeisiau cof cyfrifiadurol i ddillad.

Gyda hyn ymlaen llaw, mae ymchwilwyr Prifysgol y Wladwriaeth Ohio wedi cymryd y cam nesaf tuag at ddylunio dillad tecstilau ymarferol sy'n casglu, storio neu drosglwyddo gwybodaeth ddigidol. Gyda datblygiad pellach, gallai'r dechnoleg arwain at grysau sy'n antenâu ar gyfer eich ffôn neu'ch tabledi smart, ymarfer dillad sy'n monitro eich lefel ffitrwydd, offer chwaraeon sy'n monitro perfformiad athletwyr, rhwymyn sy'n dweud wrth eich meddyg pa mor dda y mae'r meinwe dan ei iacháu-neu hyd yn oed cap ffabrig hyblyg sy'n synhwyrau yn yr ymennydd.

Yr eitem olaf yw un y mae John Volakis, cyfarwyddwr y Labordy ElectroScience yn Ohio State, a'r gwyddonydd ymchwil Asimina Kiourti yn ymchwilio. Y syniad yw gwneud mewnblaniadau ymennydd, sy'n cael eu datblygu i drin yr amodau o epilepsi i ddibyniaeth, yn fwy cyfforddus trwy ddileu'r angen am wifrau allanol ar gorff y claf.

"Mae chwyldro yn digwydd yn y diwydiant tecstilau," meddai Volakis, sydd hefyd yn Athro Peirianneg Trydanol Roy & Lois Chope yn Ohio State. "Rydym o'r farn bod tecstilau ymarferol yn dechnoleg alluogi ar gyfer cyfathrebu a synhwyro-ac un diwrnod hyd yn oed geisiadau meddygol fel delweddu a monitro iechyd."

Yn ddiweddar, mireinio ef a Kiourti eu dull gwneuthuriad patent i greu gwifrau prototeip ar ffracsiwn o'r gost ac yn hanner yr amser ag y gallent dim ond dwy flynedd yn ôl. Gyda patentau newydd ar ôl, fe wnaethon nhw gyhoeddi'r canlyniadau newydd yn y cylchgrawn IEEE Antennas a Llythyrau Mwythau Di-wifr.

Yn labordy Volakis, mae'r tecstilau swyddogaethol, a elwir hefyd yn "e-deunyddiau," yn cael eu creu yn rhannol ar beiriant gwnïo nodweddiadol ar y bwrdd - y math y gallai crefftwyr ffabrig a hobiwyr eu cael gartref. Fel peiriannau gwnïo modern eraill, mae'n brodio edau i mewn i ffabrig yn awtomatig yn seiliedig ar batrwm a lwythir trwy ffeil gyfrifiadurol. Mae'r ymchwilwyr yn disodli'r edau â gwifrau metel arian dirwy sydd, ar ôl eu brodio, yn teimlo yr un peth â'r edau traddodiadol i'r cyffwrdd.

"Dechreuon ni gyda thechnoleg sydd yn adnabyddus iawn o frodwaith peiriant - a gofynnwyd i ni, sut y gallwn weithredu siapiau brodorol? Sut ydyn ni'n eu gwneud yn trosglwyddo signalau ar amlder defnyddiol, fel ffonau celloedd neu synwyryddion iechyd? "Meddai Volakis. "Erbyn hyn, am y tro cyntaf, rydym wedi cyflawni cywirdeb byrddau cylched metel printiedig, felly ein nod newydd yw manteisio ar y manwldeb i ymgorffori derbynyddion a chydrannau electronig eraill."

Mae siâp y brodwaith yn pennu pa mor aml y gweithredir yr antena neu'r cylched, esboniodd Kiourti.

Mae siâp un antena band eang, er enghraifft, yn cynnwys mwy na hanner dwsin o siapiau geometrig sy'n cydweddu, pob un ychydig yn fwy na bys, sy'n ffurfio cylch cymhleth ychydig modfedd ar draws. Mae pob darn o'r cylch yn trosglwyddo ynni ar amlder gwahanol, fel eu bod yn cwmpasu sbectrwm eang o egni wrth weithio gyda'i gilydd - felly gallu "band eang" yr antena ar gyfer celloedd ffôn a mynediad i'r rhyngrwyd.

"Mae Siâp yn pennu swyddogaeth," meddai. "Ac nid ydych byth yn gwybod pa siâp fydd ei angen arnoch o un cais i'r nesaf. Felly roeddem am gael technoleg a allai brodio unrhyw siâp ar gyfer unrhyw gais. "

Roedd nod cychwynnol yr ymchwilwyr, ychwanegodd Kiourti, i gynyddu manwldeb y brodwaith gymaint ag y bo modd, a oedd yn angenrheidiol gweithio gyda gwifren arian dirwy. Ond roedd hynny'n creu problem, gan na allai gwifrau dirwy ddarparu cynhwysedd arwynebedd cymaint â gwifrau trwchus. Felly roedd yn rhaid iddynt ddod o hyd i ffordd i weithio'r edau dirwy i ddwyseddau a siapiau brodwaith a fyddai'n hybu cynhyrchedd yr wyneb ac, felly, yr antena / perfformiad synhwyrydd.

Yn flaenorol, roedd yr ymchwilwyr wedi defnyddio edafedd polymer wedi'i orchuddio â arian gyda diamedr o 0.5 mm, pob un o'r edau yn cynnwys 600 ffilamentau hyd yn oed yn gyflym. Mae gan yr edau newydd diamedr 0.1-mm, a wneir gyda dim ond saith ffilament. Mae pob ffilament yn gopr yn y ganolfan, wedi'i enameiddio gydag arian pur.

Maent yn prynu'r wifren gan y rhandir am gost o 3 cents y droed; Amcangyfrifodd Kiourti fod brodio un antena band eang fel yr un a grybwyllwyd uchod yn defnyddio tua 10 troedfedd o edau, am gost sylweddol o tua 30 cents yr antena. Mae hynny'n 24 gwaith yn llai drud na phan greu Volakis a Kiourti antenâu tebyg yn 2014.

Yn rhannol, daw'r arbedion cost o ddefnyddio llai o edau ym mhob brodwaith. Yn flaenorol, roedd yn rhaid i'r ymchwilwyr osod yr edafedd trwchus mewn dwy haen, un ar ben y llall, i wneud yr antena yn meddu ar signal trydanol ddigon cryf. Ond trwy fireinio'r dechneg a ddatblygodd hi a Volakis, roedd Kiourti yn gallu creu'r antenau cywirdeb newydd mewn dim ond un haen brodiog o'r edafedd eithaf. Felly nawr mae'r broses yn cymryd hanner yr amser: dim ond tua 15 munud ar gyfer yr antena band eang a grybwyllir uchod.

Mae hi hefyd wedi ymgorffori rhai technegau sy'n gyffredin i weithgynhyrchu microelectroneg i ychwanegu rhannau i antenau a chylchedau wedi'u brodio.

Mae un antena prototeip yn edrych fel troellog a gellir ei frodio i mewn i ddillad i wella derbyniad signal ffôn celloedd. Mae prototeip arall, antena estynadwy â sglodion integredig RFID (adnabod amledd radio) wedi'i ymgorffori mewn rwber, yn cymryd y ceisiadau ar gyfer y dechnoleg y tu hwnt i ddillad. (Roedd y gwrthrych olaf yn rhan o astudiaeth a wnaed ar gyfer gwneuthurwr teiars.)

Eto, mae cylched arall yn debyg i logo "O" Bloc y Wladwriaeth Ohio, gydag edefyn sgarlod a llwyd heb fod yn gynhwysol wedi'i frodio ymhlith y gwifrau arian "i ddangos y gall e-deunyddiau fod yn addurnol a gweithredol," meddai Kiourti.

Gallant fod yn addurnol, ond mae'r antenau a chylchedau brodwaith yn gweithio mewn gwirionedd. Dangosodd profion fod antena troellog brodiog yn mesur oddeutu chwe modfedd ar draws signalau a drosglwyddir ar amlder o 1 i 5 GHz gydag effeithlonrwydd agos-berffaith. Mae'r perfformiad yn awgrymu y byddai'r troellog yn addas ar gyfer cyfathrebu ar y rhyngrwyd band eang a chelloedd.

Mewn geiriau eraill, gallai'r crys ar eich cefn helpu i roi hwb i dderbyn y ffôn neu'r tabledi smart rydych chi'n ei ddal - neu anfon data ar eich pwrpas gyda data perfformiad iechyd neu athletau.

Mae'r gwaith yn cyd-fynd yn dda â rôl Ohio State fel partner sefydlu Sefydliad Gweithredol Ffabrigau Uwch America, canolfan adnoddau gweithgynhyrchu cenedlaethol ar gyfer diwydiant a llywodraeth. Cyhoeddwyd y sefydliad newydd, sy'n ymuno â 50 o brifysgolion a phartneriaid diwydiannol, yn gynharach y mis hwn gan yr Ysgrifennydd Amddiffyn yr Unol Daleithiau Ashton Carter.

Darparodd Syscom Advanced Materials yn Columbus yr edau a ddefnyddiwyd yn Volakis a gwaith cychwynnol Kiourti. Prynwyd yr edafedd eithaf a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon gan y gwneuthurwr Swistir Elektrisola. Ariennir yr ymchwil gan y National Science Foundation, a bydd Ohio State yn trwyddedu'r dechnoleg i ddatblygu ymhellach.

Tan hynny, mae Volakis yn gwneud rhestr siopa ar gyfer cam nesaf y prosiect.

"Rydym ni eisiau peiriant gwnïo mwy," meddai.

Daw'r erthygl wreiddiol o iconnect007