E-tkaniny (také známé pod pojmem "elektronická tkanina" nebo "chytrá tkanina ") - druh textilu obsahující elektroniku (včetně malých počítačů ), ve kterém jsou použity digitální technologie . Mnoho typů high-tech, chytrých oděvů , stejně jako technologie, které se používají při jejich výrobě, obsahuje elektronické textilie.
Elektronické textilie by se měly odlišovat od nositelných počítačů , které jsou zabudovány do oděvních součástek, protože důraz je kladen na bezproblémovou integraci elektronických součástek, jako jsou mikropočítače , senzory nebo spínače, do tkanin.
Tyto technologie jsou sloučeny pod obecným pojmem Fibertronics ( angl. vlákno - vlákna a elektronika - elektronika ). Tato disciplína se zabývá studiem aplikace možností elektroniky při výrobě tkanin.
Základní materiály potřebné k výrobě elektronických textilií, vodivých vláken a tkanin, existují již více než 1000 let. Zejména řemeslníci po staletí omotávali nitě látky tenkou kovovou fólií, nejčastěji zlatou a stříbrem [1] . Například mnohé šaty královny Alžběty I. byly vyšívány zlatou nití .
Koncem 19. století, jak se lidé vyvíjeli a zvykli si na elektrické spotřebiče, začali designéři a inženýři kombinovat elektřinu s oděvy a šperky – vyvinuli sérii svítících a motorizovaných náhrdelníků, klobouků, broží a obleků [2] [3] . Například, v pozdních 1800s, osoba mohla najmout mladé ženy oblečené ve světlých studded večerních róbách od Electric Girl Lighting Company, aby pořádaly koktejlové večírky [4] .
V roce 1968 uspořádalo Museum of Modern Craft v New Yorku přelomovou výstavu nazvanou „Body Cover“, která zkoumala vztah mezi technologií a oblečením. Přehlídka představovala skafandry astronautů spolu s oblečením, které se mohlo nafouknout a vyfouknout, vzplanout, zahřát a ochladit [5] . Zvláštní pozornost v této kolekci je práce Diany Dew, návrhářky, která vytvořila elektronickou módní řadu, která zahrnovala elektroluminiscenční večerní šaty a opasky, které mohly vydávat poplašné sirény [6] .
V roce 1985 vytvořil vynálezce Harry Wainwright první plně animovanou mikinu. Košile se skládala z optických vláken, drátů a mikroprocesoru pro ovládání jednotlivých snímků animace. V důsledku toho se na povrchu košile objevila celobarevná karikatura. V roce 1995 vynalezl Wainwright první stroj na zpracování vláknové optiky na textil, což je proces nezbytný pro masovou výrobu, a v roce 1997 najal německého konstruktéra strojů Herberta Selbacha ze společnosti Selbach Machinery, aby vyrobil první CNC stroj na světě schopný automaticky implantovat vláknovou optiku v roce 1995. jakýkoli pružný materiál. Získáním prvního z tuctu patentů založených na LED/optických displejích a hardwaru v roce 1989 byly první CNC stroje uvedeny do výroby v roce 1998, počínaje animačními nátěry Disney parků v roce 1998. První biofyzikální pláště EKG využívající LED/optické displeje vytvořili Wainwright a David Bychkov, generální ředitel společnosti Exmovere v té době v roce 2005 pomocí senzorů GSR v hodinkách připojených přes Bluetooth k vestavěnému displeji v džínové bundě, který lze prát v pračce, a byly předvedeny na konferenci Smart Fabrics konané ve Washingtonu, DC dne 7. května 2007. Další technologie inteligentních tkanin byly představeny společností Wainwright na dvou konferencích flexibilních displejů Flextech konaných ve Phoenixu v Arizoně, které demonstrovaly infračervené digitální displeje zabudované do tkanin pro IFF ( Identify Friend or Foe ), které byly předloženy společností BAE Systems k hodnocení v roce 2006 a obdržely ocenění. Cena Honorable Mention od NASA v roce 2010 za jejich technické abstrakty, soutěž Future Design. Zaměstnanci MIT zakoupili v roce 1999 několik plně animovaných kabátů pro své výzkumníky, aby je mohli nosit na demonstracích, aby upozornili na svůj výzkum „nositelných počítačů“. Wainwright byl pověřen, aby 5. června 2012 vystoupil na textilní a koloristařské konferenci v Melbourne v Austrálii, kde byl požádán, aby předvedl své látkové výtvory, které mění barvu pomocí jakéhokoli chytrého telefonu, označují volající na mobilních telefonech bez digitálního displeje a obsahují Wi. -Fi bezpečnostní prvky Fi, které chrání peněženky a osobní věci před krádeží.
V polovině 90. let začala skupina výzkumníků z MIT vedená Stevem Mannem , Tadem Starnerem a Sandy Pentlandem vyvíjet to, čemu říkali nositelné počítače . Tato zařízení sestávala z tradičního počítačového hardwaru připojeného k tělu a nošeného na těle. V reakci na technické, sociální a designové výzvy, kterým tito výzkumníci čelili, začala další skupina na MIT, včetně Maggie Orth a Remy Post, zkoumat, jak by taková zařízení mohla být elegantněji integrována do oblečení a jiných měkkých substrátů. Kromě jiného vývoje tento tým zkoumal integraci digitální elektroniky s vodivými tkáněmi a vyvinul metodu pro vyšívání elektronických obvodů [7] [8] . Jeden z prvních komerčně dostupných nositelných mikrokontrolérů na bázi Arduina, nazvaný Lilypad Arduino, byl také vytvořen v MIT Media Lab Leah Buchley.
Módní domy jako CuteCircuit používají e-textilie pro své vysoce módní kolekce a speciální projekty. Objímací košile CuteCircuit umožňuje uživateli posílat elektronické objetí prostřednictvím senzorů uvnitř oblečení.
Existují dva typy integrace elektronických součástek a tkanin:
Elektronické textilie jsou především vodivé příze, textilie a tkaniny, zatímco druhá polovina dodavatelů a výrobců používá vodivé polymery, jako je polyacetylen a polyfenylenvinylen) [11] .
Většina výzkumných a komerčních projektů v oblasti e-textilií jsou hybridy, ve kterých jsou elektronické součástky zabudované v textiliích propojeny s klasickými elektronickými zařízeními nebo součástkami. Některými příklady jsou dotyková tlačítka, která jsou celá vyrobena v textilních formách pomocí vodivých textilních vazeb, které jsou pak připojeny k zařízením, jako jsou hudební přehrávače nebo LED diody, které jsou namontovány na tkaných vodivých vláknových sítích, aby vytvořily displeje [12] .
Tištěné senzory pro fyziologické i environmentální monitorování byly integrovány do textilií [13] , včetně bavlny [14] , Gore-Texu [15] a neoprenu [16] .
Chytrou textilii lze vyrobit z materiálů od tradiční bavlny, polyesteru a nylonu až po moderní kevlar se zabudovanými prvky. V současnosti jsou však zajímavé tkaniny s elektrickou vodivostí. Elektricky vodivé tkaniny byly vyrobeny ukládáním kovových nanočástic kolem tkaných vláken a tkanin. Výsledné kovové tkaniny jsou vodivé, hydrofilní a mají vysoký elektroaktivní povrch. Tyto vlastnosti z nich dělají ideální substráty pro elektrochemické biosensing, což bylo prokázáno při detekci DNA a proteinů [17] .
Existují dva druhy inteligentních textilních (látkových) produktů, které byly vyvinuty a studovány pro sledování zdraví: tkanina s dotykovou elektronikou na textilní bázi a tkanina, která pokrývá tradiční dotykovou elektroniku. Ukázalo se, že tkaní lze použít k začlenění elektricky vodivé nitě do tkaniny za účelem výroby tkaniny, kterou lze použít jako "nositelnou základní desku". Může připojit více senzorů na těle, jako jsou mokré gelové elektrody EKG, pro elektroniku získávání signálu. Novější výzkum ukázal, že vodivá vlákna mohou hrát důležitou roli při výrobě senzorů na bázi textilu vyrobených z tkaniny nebo kovových sítí potažených stříbrem nebo vodivými kovovými jádry vetkanými do tkaniny.
Ve výzkumu existují dva široké přístupy k výrobě oděvů s elektrodami senzoru EKG:
Stejně jako v klasické elektronice, vytváření elektronických schopností s textilními vlákny vyžaduje použití vodivých a polovodivých materiálů, jako jsou vodivé textilie. Dnes existuje řada komerčních vláken, která zahrnují kovová vlákna smíchaná s textilními vlákny za vzniku vodivých vláken, která lze tkat nebo zesíťovat [19] . Nicméně, protože jak kovy, tak klasické polovodiče jsou tuhé materiály, nejsou příliš vhodné pro aplikace textilních vláken, protože vlákna jsou během používání vystavena silnému natahování a ohýbání.
Jedním z nejdůležitějších problémů s e-textiliemi je, že vlákna musí být omyvatelná. Elektrické komponenty tedy musí být během mytí izolovány, aby nedošlo k poškození [20] .
Nová třída elektronických materiálů, která je vhodnější pro elektronické textilie, je třída organických elektronických materiálů, protože mohou být vodivé i polovodivé a jsou vyráběny ve formě inkoustů a plastů.
Některé z pokročilejších funkcí, které byly v laboratoři demonstrovány, zahrnují: