Tessuti intelligenti

I tessuti intelligenti , Inglese intelligenti tessuti , che si trovano anche sotto il nome di e-tessuti per tessuti elettronici , sono tessuti in grado di catturare e analizzare un segnale di rispondere in modo adeguato. Possono quindi essere descritti come tessuti in grado di reagire "da soli" adattandosi al loro ambiente. Questi tessuti possono quindi incorporare computer , componenti digitali o elettronici , ma anche materiali polimerici innovativi come polimeri a memoria di forma o materiali cromici con proprietà che cambiano colore, nonché fibre e materiali. Le applicazioni dei tessuti intelligenti possono essere trovate nei settori dell'abbigliamento, dell'arredamento e dei tessuti tecnici. Tessuti intelligenti per abbigliamento o "vestiti intelligenti" fanno parte del vasto campo della "  tecnologia indossabile  " ( Cell Technologies ). L'abbigliamento intelligente ha una funzione aggiuntiva rispetto a quella dell'abbigliamento.

Il campo di studio della "fibretronica" ( Fibertronics ) esplora come le funzionalità elettroniche e informatiche possono essere integrate nelle fibre tessili.

Storico

Nella maggior parte dei casi, i tessuti intelligenti richiedono un input di energia e una struttura conduttrice di energia per funzionare: questo è il caso di tutti i tessuti intelligenti che utilizzano componenti elettronici, ad esempio. I materiali conduttivi adatti per strutture tessili, come filati e tessuti conduttivi, sono disponibili da oltre 1.000 anni. Alcuni artigiani, ad esempio, hanno avvolto sottili fogli di metallo, molto spesso in oro e argento, attorno a fili di tessuto secoli fa. Diversi abiti di Elisabetta I d'Inghilterra, ad esempio, sono ricamati con fili avvolti in oro.

Questo invece è solo la fine del XIX °  secolo, con lo sviluppo e assuefazione della gente per elettrodomestici, progettisti e ingegneri ha cominciato a coniugare energia elettrica con vestiti e gioielli, lo sviluppo di una serie di illuminati e motorizzati collane, cappelli, spille e costumi. Ad esempio, alla fine del 1800, i dipendenti della Electric Girl Lighting Company indossavano abiti da sera cosparsi di luce per fornire intrattenimento ai cocktail party.

Nel 1968, il Museum of Contemporary Craft di New York City ha organizzato una mostra rivoluzionaria chiamata Body Covering incentrata sul rapporto tra tecnologia e abbigliamento. Lo spettacolo presentava le tute spaziali degli astronauti con vestiti che potevano gonfiarsi e sgonfiarsi, illuminarsi, riscaldarsi e raffreddarsi da soli. Particolarmente evidente in questa collezione è il lavoro di Diana Dew, una designer che ha creato una linea di moda elettronica, con abiti da sera elettroluminescenti e cinture che potrebbero far suonare le sirene di allarme.

A metà degli anni '90, un team di ricercatori del MIT guidato da Steve Mann , Thad Starner e Sandy Pentland ha iniziato a sviluppare quello che hanno chiamato computer indossabile (in) ( computer indossabile ). Questi dispositivi sono costituiti dall'hardware del computer tradizionale collegato e indossato dal corpo. In risposta alle sfide tecniche e sociali poste da questi ricercatori, un altro gruppo del MIT, composto da Maggie Orth e Rehmi Post, ha iniziato a esplorare come questi dispositivi potessero essere integrati in modo più grazioso nell'abbigliamento e in altri substrati flessibili. Tra gli altri sviluppi, questo team ha esplorato l'integrazione dell'elettronica digitale con tessuti conduttivi e ha sviluppato un metodo per ricamare circuiti elettronici.

Gli anni 2000 hanno visto i primi successi dei tessuti intelligenti. La spettacolare crescita delle tecnologie trasportabili (telefoni, computer, poi smartphone, tablet) apre la strada a oggetti sempre più portatili e sempre più vicini al corpo (in particolare gli smartwatch). L'abbigliamento intelligente sta diventando un argomento di interesse sempre più popolare per il grande pubblico.

Classificazione

La classificazione comunemente riconosciuta per i tessuti intelligenti distingue:

• sistemi di intelligenza passiva, in grado di rilevare un cambiamento nel loro ambiente;
• sistemi di intelligenza attiva in grado di rilevare e reagire a uno stimolo;
• sistemi molto intelligenti, che hanno anche una capacità di memorizzazione e “apprendimento”.

I tessuti intelligenti che incorporano componenti elettronici possono essere suddivisi in due categorie principali:

• tessuti intelligenti con dispositivi elettronici convenzionali come conduttori, circuiti integrati , diodi emettitori di luce e batterie convenzionali integrate negli indumenti;
• tessuti intelligenti con elettronica integrata direttamente nei substrati tessili. Questi possono essere elettronici passivi come conduttori e resistori o componenti attivi come transistor, diodi e celle fotovoltaiche .

I tessuti intelligenti non si trovano solo sotto forma di stoffa, tessuto o rete, ma possono anche assumere la forma di filati o fibre.

Applicazioni

Dalla fibra all'abbigliamento, la portata dei tessuti intelligenti è molto ampia.

Elettronica in fibra

Come nell'elettronica classica, l'implementazione di funzioni elettroniche nelle fibre tessili richiede l'uso di materiali conduttivi e semiconduttori, ad esempio un tessuto conduttivo Oggi, tessuti conduttivi formati da una miscela di fibre tessili tradizionali e fibre metalliche (argento, rame ...) può essere trovato in commercio. Questi tessuti sono facili da maneggiare e possono essere ricamati o cuciti.

Uno dei problemi più importanti nell'e-textile è che le fibre devono essere realizzate in modo tale da essere lavabili, come i vestiti che devono essere lavati quando sono sporchi. Ed è necessario che i componenti elettrici siano isolanti durante il lavaggio.

Una nuova classe di materiali elettronici più adatti per l'e-textile è la classe dei materiali elettronici organici , perché possono essere conduttori, semiconduttori e possono essere progettati come inchiostri e plastica.

Alcune delle funzioni più avanzate che sono state dimostrate in laboratorio includono:

• Transistor in fibra organica: i transistor sono integrati nelle fibre, ad esempio sotto forma di un cavo a transistor elettrochimico (WECT, o Wire Electrochemical Transistor) dove il tessuto monofilamento può essere ricoperto da un sottile strato di politioofene, un polimero conduttivo, questo che costituisce i primi transistor in fibre tessili, completamente compatibili con la fabbricazione di tessuti e che non contengono metalli.
• Celle solari organiche su fibre: dove i polimeri conduttivi sono combinati con sottili strati di argento.

Vestiti intelligenti

Esempi di applicazioni tessili intelligenti nel settore dell'abbigliamento:

• Indumenti riscaldati e rinfrescanti, utilizzando materiali a memoria di forma o fili conduttivi e resistenze di riscaldamento
• Comunicare l'abbigliamento: l'integrazione di sistemi di trasmissione dati (bluetooth, wifi, ecc.) In un capo di abbigliamento permette di trasformarlo in una nuova interfaccia di comunicazione. L'integrazione di uno schermo flessibile amplia ulteriormente le possibilità consentendo a chi lo indossa di visualizzare testi, messaggi o video sui suoi vestiti in base al suo umore. Sono già stati sviluppati diversi prototipi, tra cui la maglietta OS di Cute Circuit che incorpora uno schermo LED.
• Indumenti per uso sportivo , che incorporano sensori ( accelerometro , sensore di frequenza cardiaca, contapassi ) o anche un sistema di trasmissione dati che consente un confronto delle sue prestazioni con quelle di altri utenti dello stesso sistema.
• Vestiti che cambiano colore: i fenomeni del cromismo consentono applicazioni estetiche.
• Abbigliamento al servizio dell'e-health , strumenti di prevenzione sanitaria o allerta dei servizi di emergenza in tempo reale (sensori accelerometrici integrati nelle fibre tessili e che consentono di rilevare la frequenza cardiaca e il ciclo respiratorio di chi lo indossa, garantendo il monitoraggio delle persone anziane, persone affette da varie patologie; cintura addominale per donne in gravidanza, che rileva i movimenti fetali; tappi per eseguire l'elettroencefalogramma per rilevare il rischio di crisi epilettiche  ; sensore UV sul bagnetto che contribuisce alla protezione solare…).

Tessuti tecnici e arredi

L'abbigliamento non è l'unico campo in cui vengono utilizzati i tessuti. Di conseguenza, anche i tessuti intelligenti sono utili per molte più applicazioni oltre al solo abbigliamento.

• Applicazioni mediche: apparecchiature per la misurazione dei parametri fisiologici, sensori di integrazione (frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, sudorazione, ecc.), Tessuti funzionali (antibatterici, ecc.), Tessuti impiantabili (rinforzo di pareti, protesi ...), farmaci di testo (integrazione dei farmaci nei tessuti), tessuti in fibra ottica intrecciata per la terapia fotodinamica
• Sicurezza: l'attrezzatura dei vigili del fuoco può essere potenziata con un sistema che integra sensori di temperatura interni (temperatura alla superficie della pelle) ed esterni (temperatura dell'ambiente) e un allarme, per avvertire chi lo indossa quando la temperatura diventa troppo pericolosa
• Hobby: i pulsanti tattili sono stati costruiti interamente sotto forma di tessuto utilizzando conduttori in tessuto tessile, che vengono poi collegati a periferiche come lettori musicali
• Display: il tessuto offre un supporto meccanico molto interessante per formare schermi flessibili, ad esempio utilizzando LED che vengono montati su reti di fibre conduttive intrecciate a formare schermi
• Comunicazione: un sistema di trasmissione dati integrato nel tessuto permette di rimanere sempre in contatto, anche a distanza. Questo tipo di sistema sarebbe particolarmente utile per il monitoraggio dei pazienti a casa, ad esempio: le informazioni fisiologiche, trasmesse continuamente all'ospedale, consentirebbero all'équipe sanitaria di monitorare a distanza un paziente, consentendo al contempo a quest'ultimo di restare a casa.
• Archivio dati
• Militare: i tessuti intelligenti per uso militare trovano applicazione non solo per l'abbigliamento, ma anche per tende, automobili, borse
• Monitoraggio: sensori elettrochimici e biosensori stampati per il monitoraggio sia fisiologico che ambientale sono stati integrati nei tessuti, inclusi quelli elastici o nell'ambiente marino.
• Mobili: la decorazione è anche un campo di applicazione per i tessuti intelligenti. L'Electric Plaid sviluppato da Maggie Orth all'interno di una start up del MIT è quindi in grado di cambiare colore, grazie all'utilizzo di materiali termocromici che cambiano colore riscaldando i fili metallici del tessuto.

Note e riferimenti

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Vedi anche

Articoli Correlati

• Tessuto tecnico
• Hexoskin
• Abbigliamento piezoelettrico

Bibliografia

• Elisabeth Frésard, La rivoluzione tessile, oltre l'immaginazione , Éditions LEP, 2005.
• Aurélie Mossé, Progettazione di tessuti autoattivi per la casa , KADK, 2014.