Produkcja inteligentnych rozwiązań ubieralnych oparta na tradycyjnych technikach włókienniczych
Terminem „inteligentne tkaniny” określa się materiały, przeznaczone często do noszenia na ciele, które mają wbudowane rozwiązania komunikacyjne i w związku z tym oferują określone funkcje. Technologie te – od urządzeń opartych na czujnikach po elementy interfejsu użytkownika – pozwalają na niemal dosłowne połączenie technologii z ciałem. Cała trudność polega jednak na tak subtelnym zintegrowaniu technologii z ubiorem, by pozostał on wygodny. Z tego powodu elektroniczne komponenty muszą być lekkie, niewielkie, elastyczne i nie rzucać się w oczy. Celem projektu GFSMART, który jest wspierany w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie” i realizowany przez uczelnię Royal College of Art (RCA) w Londynie, było wyprodukowanie za pomocą tradycyjnych metod włókienniczych anten z grafenu, które można by użyć w inteligentnych tkaninach. Gdy udało się to osiągnąć, zespół zrealizował swój pomysł, projektując próbki inteligentnego materiału. Tkaniny opracowano z uwzględnieniem potrzeb czuciowych i wygody osób cierpiących na demencję i chorobę Alzheimera. Oprócz tego przedstawiono również propozycję prototypu. „Współpracowaliśmy z pacjentami chorymi na demencję i ich opiekunami, a także z ekspertami w dziedzinie wzornictwa użytkowego z RCA. Uwzględniając opinie użytkowników końcowych, opracowaliśmy rozwiązania technologiczne przeznaczone do noszenia na ciele i charakteryzujące się odpowiednimi właściwościami. Szczególne znaczenie miało to, by były one przyjemne w dotyku i trwałe oraz nadawały się do prania”, mówi Elif Ozden-Yenigun, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Anteny materiałowe z grafenu
Zespół projektu GFSMART chciał stworzyć nadający się do noszenia na ciele interfejs do obsługi Internetu rzeczy, koncentrując się przy tym na jednym kluczowym dla komunikacji bezprzewodowej elemencie, a mianowicie antenach. W pierwszej kolejności uczestnicy projektu musieli znaleźć alternatywę dla sztywnych, ograniczających swobodę ruchu i często toksycznych rozwiązań stosowanych w technologiach ubieralnych, które przyczyniają się do rosnącej liczby e-śmieci. Zespół zaczął przyglądać się grafenowi. „Grafen wydawał się obiecujący jako tworzywo do produkcji anten na potrzeby technologii ubieralnych, ponieważ w przeciwieństwie do metali nie jest ciężki i charakteryzuje się elastycznością i wysoką trwałością, a do tego trudno go zniszczyć w praniu. Stosunkowo łatwo można też zwiększyć skalę jego produkcji na potrzeby wyrobów tekstylnych”, wyjaśnia Ozden-Yenigun. Korzystając z grafenu w różnych formach, takich jak tusz, powłoki i włókna, oraz manekinów, zespół zaprojektował i przetestował różne układy grafenowe, by znaleźć konfiguracje, które zmaksymalizują zasięg anteny. Testy pomogły ponadto zespołowi lepiej zrozumieć wpływ zginania i bliskości ludzkiego ciała na ogólną sprawność anteny. W efekcie powstała antena z grafenu, która ma szeroki zakres częstotliwości od 3 GHz do 9 GHz i stanowi obiecujące rozwiązanie w zakresie wydajnego i szybkiego przesyłania danych. Konstrukcję anteny można modyfikować stosownie do różnych protokołów komunikacji oraz charakteru i tekstury materiału. By zapewnić użytkownikowi większą wygodę, zespół wyeliminował również warstwy metalowe i sztywne komponenty stosowane w tradycyjnych antenach.
Internet rzeczy
Tkaniny mogą otworzyć nową erę Internetu rzeczy, ponieważ dają noszącemu je użytkownikowi łatwiejszy dostęp do różnych urządzeń inteligentnych w domu i w pracy. Niezwykle ważne jest to, że mogłyby one pełnić różne funkcje związane ze zdrowiem i bezpieczeństwem, szczególnie w wypadku osób narażonych na różne zagrożenia. Systemy pozycjonowania mogłyby na przykład ułatwić monitorowanie osób starszych, młodszych i z niepełnosprawnościami, usprawniając w ten sposób usługi realizowane w środowiskach wewnętrznych, zewnętrznych, podczas transportu oraz w przestrzeni publicznej. W czasach COVID-19 takie systemy mogłyby pomóc w anonimowym śledzeniu osób, którą są zagrożone zakażeniem się wirusem i mogą go rozprzestrzeniać. „Udało nam się uzyskać materiałowy interfejs komunikacyjny, nie zmniejszając przy tym komfortu użytkowania tkaniny. Nasze badania w dziedzinie materiałoznawstwa, elektroniki i projektowania tkanin otwierają nowe możliwości zrównoważonego rozwoju branży tkanin niestandardowych w skomunikowanym świecie”, dodaje Ozden-Yenigun. Zespół poszukuje teraz środków, by przetestować te zaawansowane technologicznie tkaniny na użytkownikach. W pierwszej kolejności uczestnicy rozwiążą jednak niektóre z problemów związanych z komunikacją, zwłaszcza te dotyczące bezpieczeństwa danych.
Słowa kluczowe
GFSMART, ubieralny, grafen, Internet rzeczy, tkaniny, ubrania, komunikacja bezprzewodowa, demencja, antena, inteligentny, interfejs, COVID-19
