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Design and Integration of Graphene Fibre Based Antennas for Smart Textiles

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Concevoir des vêtements intégrant des technologies portables intelligentes en utilisant des techniques traditionnelles de fabrication des textiles

La conception de vêtements dotés de technologies de communication intégrées est une chose; y parvenir tout en assurant le confort et la fonctionnalité de tels vêtements en est une autre. Le projet GFSMART se rapproche de cet objectif en ayant recours à la fois à des antennes à base de graphène et à des techniques textiles traditionnelles.

Technologies industrielles icon Technologies industrielles

Le terme «textiles intelligents» fait référence à des articles, souvent des vêtements, qui intègrent des technologies de communication pour offrir toute une série de fonctionnalités. Depuis les dispositifs basés sur des capteurs jusqu’aux éléments d’interface utilisateur, ces technologies permettent à leur porteur de littéralement incarner la technologie. Le défi consiste ici à intégrer les aspects technologiques de manière harmonieuse tout en préservant le confort de celui qui les porte. Pour ce faire, les composants électroniques doivent être légers, compacts, flexibles et discrets. Le projet GFSMART, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie et placé sous l’égide du Royal College of Art (RCA) de Londres, a entrepris de mettre au point des antennes à base de graphène destinées aux textiles intelligents, en ayant recours à des techniques de fabrication traditionnelles. Une fois cet objectif atteint, des échantillons de textiles intelligents ont été conçus en tant que preuve de concept afin de répondre aux besoins en matière de toucher et de confort de personnes atteintes de démence ou de la maladie d’Alzheimer. De plus, une proposition de prototype a également été publiée. «Nous avons travaillé avec des patients atteints de démence et leurs soignants, ainsi qu’avec des experts en conception centrée sur l’homme au sein du RCA. Nous avons écouté les utilisateurs finaux et avons conçu une technologie portable présentant les qualités appropriées, notamment la douceur au toucher, la lavabilité et la durabilité», explique Elif Ozden-Yenigun, boursier Marie Skłodowska-Curie.

Antennes textiles à base de graphène

Le projet GFSMART visait à développer une interface portable destinée au réseau de l’Internet des objets (IdO) en se concentrant sur l’une des composantes essentielles de la communication sans fil, à savoir les antennes. Le projet devait tout d’abord trouver une solution en matière de technologie portable qui remplacerait les approches rigides, restrictives et souvent toxiques qui existent actuellement et qui contribuent à l’augmentation des déchets électroniques. C’est ainsi que l’équipe s’est intéressée au graphène. «Le graphène semblait prometteur pour la fabrication d’antennes portables confortables car, comparé aux métaux, il est léger, flexible, très durable et résiste bien au lavage. Il est également assez facile d’industrialiser sa fabrication pour en équiper les textiles», explique M. Ozden-Yenigun. L’équipe a travaillé avec différentes formes de graphène, comme les encres, les revêtements et les fibres, ainsi qu’avec un mannequin, afin de concevoir et tester différents ensembles de graphène dans le but de déterminer les agencements qui permettent de maximiser la portée de l’antenne. Les tests ont également permis à l’équipe de mieux comprendre les effets des mouvements et de la proximité du corps humain sur les performances générales de l’antenne. La conception retenue est une antenne à base de graphène qui couvre une large bande passante allant de 3 GHz à 9 GHz, offrant une solution prometteuse pour une communication efficace et à haut débit de données. La conception de l’antenne lui permet de s’adapter à une série de protocoles de communication sans fil ainsi qu’à la nature et la texture des textiles. Afin d’assurer encore plus de confort, l’équipe a éliminé les couches de métal et les composants rigides que l’on retrouve dans les antennes traditionnelles.

L’Internet des objets

Les textiles ont le potentiel de faire passer l’IdO au niveau supérieur, car ils rapprochent leurs porteurs des différents dispositifs intelligents chez eux et au travail. Plus important encore, ils pourraient également répondre aux besoins en matière de soins de santé et de sécurité, en particulier pour les personnes vulnérables. Les systèmes de positionnement ont le potentiel pour aider à surveiller les seniors, les jeunes et les personnes handicapées, contribuant ainsi à améliorer les services intérieurs et extérieurs, les transports et les espaces publics. Alors que l’épidémie de COVID-19 continue à sévir, ces systèmes pourraient également faciliter le suivi anonyme des personnes susceptibles d’avoir contracté le virus et de le propager. «Nous sommes parvenus à créer une interface de communication basée sur le textile sans sacrifier au confort. Nos recherches dans le domaine de la science des matériaux, de l’électronique et de la conception textile ouvrent une nouvelle voie durable pour l’avenir des textiles personnalisés dans un monde connecté», ajoute M. Ozden-Yenigun. L’équipe s’efforce désormais d’obtenir un financement pour poursuivre les tests de ces tissus de haute technologie dans des scénarios faisant intervenir l’utilisateur. Dans un premier temps, elle aura à relever les défis émergents en matière de communication, en particulier les questions liées à la sécurité des données.

Mots‑clés

GFSMART, portable, graphène, Internet des objets, textiles, vêtements, communication sans fil, démence, antenne, intelligent, interface, COVID-19

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