הארכיאולוגיה חושפת כי בני האדם החלו ללבוש בגדים לפני כ -170, 000 שנה, קרוב מאוד לעידן הקרח השני אחרון. אולם גם עתה, מרבית בני האדם המודרניים לובשים בגדים השונים בקושי מהבגדים הקדומים ביותר. אבל זה עומד להשתנות ככל שהאלקטרוניקה הגמישה נשזקת יותר ויותר במה שמכונה "בדים חכמים."
רבים מאלו זמינים כבר לרכישה, כמו חותלות המספקות רטט עדין ליוגה קלה יותר, חולצות טריקו העוקבות אחר ביצועי השחקנים וחזיות ספורט העוקבות אחר פעימות הדופק. בדים חכמים עשויים להיות שימושים מבטיחים בתחום הבריאות (מדידת דופק ולחץ הדם של המטופלים), הגנה (פיקוח על בריאותם של חיילים ופעילותם), מכוניות (התאמת טמפרטורת המושבים בכדי להפוך את הנוסעים לנוחים יותר) ואפילו ערים חכמות (מתן שלטים לתקשר עם עוברי אורח).
באופן אידיאלי, הרכיבים האלקטרוניים של בגדים אלה - חיישנים, אנטנות להעברת נתונים וסוללות לאספקת חשמל - יהיו קטנים, גמישים ובעיקר מבלי לשים לב לעובדיהם. זה נכון גם היום עבור חיישנים, שרבים מהם אפילו רחיצים במכונה. אך מרבית האנטנות והסוללות קשיחות ואינן אטומות למים, ולכן יש לנתק אותן מהבגדים לפני שטיפתן.
עבודתי במעבדת ElectroScience באוניברסיטת אוהיו נועדה להפוך אנטנות ומקורות כוח גמישים ושוטפים באותה מידה. באופן ספציפי, אנו רוקמים אלקטרוניקה ישירות בבדים בעזרת חוטים מוליכים, אותם אנו מכנים "חוטי דואר".
רקמת אנטנה
אנטנה רקומה (מעבדה ElectroScience, CC BY-ND) החוטים האלקטרוניים שאיתם אנו עובדים הם חבילות של חוטי פולימר מעוותים בכדי לספק חוזק, כאשר לכל אחד מהם ציפוי מבוסס מתכת להוליכת חשמל. ליבת הפולימר של כל נימה עשויה בדרך כלל מקבלר או זילון, בעוד שהציפוי שמסביב הוא כסף. לאחר מכן מעוותים עשרות ואף מאות חוטים אלה יחד ליצירת חוט אלקטרוני יחיד לרוב פחות מחצי מילימטר.
ניתן להשתמש בקלות בחוטים אלקטרוניים אלה עם ציוד רקמה מסחרי נפוץ - אותן מכונות תפירה המחוברות למחשב שאנשים משתמשים בהן מדי יום בכדי לשים את שמם על מעילי ספורט וסווטשירטים. האנטנות הרקומות הן קלות משקל וטובות כמו עמיתות הנחושת הנוקשות שלהן, ויכולות להיות מורכבות כמו לוחות מעגלים מודפסים עדכניים.
ניתן לשלב גם את האנטנות של החוט האלקטרוני שלנו עם חוטים רגילים בעיצובים מורכבים יותר, כמו שילוב אנטנות בסמלים ארגוניים או בעיצובים אחרים. הצלחנו לרקום אנטנות על בדים דקיקים כמו אורגנזה ועבים כמו קגלר. לאחר הרקמה ניתן לחבר את החוטים לחיישנים וסוללות באמצעות חיבורי הלחמה מסורתיים או גמישים המחברים רכיבים זה לזה.
עד כה הצלחנו ליצור כובעים חכמים שקוראים אותות מוח עמוקים לחולים עם פרקינסון או אפילפסיה. יש לנו רקום חולצות טריקו עם אנטנות המרחיבות את מגוון אותות ה- Wi-Fi לטלפון הנייד של הלובש. יצרנו גם מחצלות ומצעים המפקחים על גובה התינוק של המסך במגוון מצבים רפואיים לגיל הרך. ויצרנו אנטנות מתקפלות שמודדות עד כמה המשטח עליו נמצא הבד התכופף או הרים.
עוברים מעבר לאנטנה
המעבדה שלי עובדת גם עם חוקרים אחרים במדינת אוהיו, כולל הכימאית אן קו והרופא צ'נדאן סן, כדי לייצר גנרטורים חשמליים מבוססי-בד גמישים.
מודפס על בד, מתכות יכולות לייצר כוח. (מעבדת ElectroScience, CC BY-ND) אנו משתמשים בתהליך הדומה להדפסת הזרקת דיו כדי להניח אזורים לסירוגין של נקודות כסף ו אבץ על הבד. כאשר מתכות אלה באות במגע עם זיעה, מלוחים או אפילו נוזלי פריקה מפצעים, כסף פועל כאלקטרודה והאבץ החיוביים משמשים כאלקטרודה השלילית - וחשמל זורם ביניהם.
ייצרנו כמויות קטנות של חשמל רק על ידי הרטבת הבד - ללא צורך במעגלים או רכיבים נוספים. זהו מקור כוח רחיץ לחלוטין וניתן לרחצה שיכול להתחבר לאלקטרוניקה לבישה אחרת, ומבטל את הצורך בסוללות קונבנציונאליות.
הן ביחד והן באופן אינדיבידואלי, האלקטרוניקה הגמישה והבישישה האלה תהפוך את הבגדים למכשירים מחוברים, חושים, ותקשורתיים שמשתלבים היטב במרקם המאה ה -21 המחוברת.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation.
אסימינה קיורטי, עוזרת לפרופסור להנדסת חשמל ומחשבים, אוניברסיטת מדינת אוהיו
