研究者は、従来の産業用織機を使用して、LED、センサー、エネルギー ハーベスティング、ストレージを組み込んだスマート テキスタイルを製造する費用対効果の高い方法を開発しました。 この技術は、電子、光電子、センシング、およびエネルギー繊維コンポーネントを従来の繊維と織り合わせることにより、機能、寸法、および形状の制限を克服します。 これにより、サイズや形状の制限のないスマート テキスタイルの作成が可能になり、さまざまな分野で大型電子機器の代替品が提供されます。 テキスタイル メーカーと協力して、チームはスマート テキスタイルのテスト パッチを作成しました。これは、サイズとボリュームを拡大できる可能性があります。 さらなる最適化が必要ですが、研究者はこのアプローチにより、大型で柔軟なディスプレイとモニターをより手頃な価格で環境に優しいものにできると考えています。
ケンブリッジ大学が率いる国際研究チームは、産業用織機を使用してスマート テキスタイルを製造するための費用対効果が高く、環境に優しい方法を開発しました。 この技術により、サイズや形状の制限のない、柔軟で耐久性のあるスマート ファブリックの作成が可能になり、さまざまな業界で潜在的なアプリケーションが提供されます。
研究者は、LED、センサー、エネルギー ハーベスティング、ストレージを組み込んだ次世代のスマート テキスタイルを開発しました。このテキスタイルは、私たちが毎日着る衣服を作るのに使用されるのと同じ機械を使用して、あらゆる形状やサイズで安価に生産できます。
ケンブリッジ大学が率いる国際チームは、織物ディスプレイを大きなサイズで作成できることを以前に実証しましたが、これらの初期の例は、特殊な手動実験装置を使用して作成されました。 その他のスマート テキスタイルは、特殊なマイクロエレクトロニクス製造施設で製造できますが、非常に高価で、大量の廃棄物が発生します。
しかし、チームは、従来のテキスタイルの製造に使用されるのと同じ工業用織機で電子、光電子、センシング、およびエネルギー繊維コンポーネントを織ることによって、フレキシブル ディスプレイとスマート ファブリックをはるかに安価に、より持続可能に製造できることを発見しました。 ジャーナルで報告された彼らの結果
Researchers have developed next-generation smart textiles – incorporating LEDs, sensors, energy harvesting, and storage – that can be produced inexpensively, in any shape or size, using the same machines used to make the clothing we wear every day. Credit: Sanghyo Lee
“We could make these textiles in specialised microelectronics facilities, but these require billions of pounds of investment,” said Dr. Sanghyo Lee from Cambridge’s Department of Engineering, the paper’s first author. “In addition, manufacturing smart textiles in this way is highly limited, since everything has to be made on the same rigid wafers used to make integrated circuits, so the maximum size we can get is about 30 centimeters in diameter.”
“Smart textiles have also been limited by their lack of practicality,” said Dr. Luigi Occhipinti, also from the Department of Engineering, who co-led the research. “You think of the sort of bending, stretching and folding that normal fabrics have to withstand, and it’s been a challenge to incorporate that same durability into smart textiles.”
Last year, some of the same researchers showed that if the fibers used in smart textiles were coated with materials that can withstand stretching, they could be compatible with conventional weaving processes. Using this technique, they produced a 46-inch woven demonstrator display.
研究者は、LED、センサー、エネルギー ハーベスティング、ストレージを組み込んだ次世代のスマート テキスタイルを開発しました。このテキスタイルは、私たちが毎日着る衣服を作るのに使用されるのと同じ機械を使用して、あらゆる形状やサイズで安価に生産できます。 クレジット: Sanghyo Lee
現在、研究者たちは、サイズや形状に制限なく、自動化されたプロセスを使用してスマート テキスタイルを作成できることを示しています。 エネルギー貯蔵デバイス、発光ダイオード、およびトランジスタを含む複数のタイプのファイバーデバイスが製造され、カプセル化され、合成繊維または天然繊維の従来の繊維と混合され、自動製織によってスマートテキスタイルが構築されました。 ファイバーデバイスは、導電性接着剤を使用した自動レーザー溶接法によって相互接続されました。
プロセスはすべて、電子部品への損傷を最小限に抑えるように最適化されており、その結果、スマート テキスタイルは産業用織機の伸びに耐えるのに十分な耐久性を備えています。 カプセル化方法は、ファイバーデバイスの機能を考慮するために開発され、機械力と熱エネルギーを体系的に調査して、それぞれ自動製織とレーザーベースの相互接続を実現しました。
研究チームは、テキスタイル メーカーと協力して、約 50 × 50 センチメートルのスマート テキスタイルのテスト パッチを作成することができましたが、これはより大きな寸法にスケールアップして大量に生産することができます。
「これらの企業は、高スループットの繊維押出機と、1 平方メートルの織物を自動的に織ることができる大型織機を備えた確立された製造ラインを持っています」と Lee 氏は述べています。 「そのため、スマートファイバーをプロセスに導入すると、基本的に、他のテキスタイルが製造されるのとまったく同じ方法で製造される電子システムが得られます。」
研究者たちは、大型で柔軟なディスプレイやモニターを、専用の電子機器製造施設ではなく、工業用織機で製造することが可能になる可能性があると述べています。 ただし、プロセスのさらなる最適化が必要です。
「これらのテキスタイルの柔軟性は驚くべきものです」と Occhipinti 氏は述べています。 「機械的な柔軟性だけでなく、アプローチの柔軟性、そして炭素排出量の削減に貢献し、建物、車の内装、衣服でのスマート テキスタイルの実際の応用を可能にする、持続可能で環境に優しい電子機器製造プラットフォームを展開することです。 . その点で、私たちのアプローチは非常にユニークです。」
参照: 「真のフォーム ファクター – 多機能ファイバー デバイスを使用した電子テキスタイル アーキテクチャ向けの無料の工業的にスケーラブルなシステム統合」2023 年 4 月 21 日、 科学の進歩.
DOI: 10.1126/sciadv.adf4049
この研究は、欧州連合と英国の研究とイノベーションによって部分的に支援されました。