Wyobraź sobie T-shirt, który mierzy Twój oddech, lub rękawiczki, które tłumaczą ruchy dłoni na komendy dla komputera. Naukowcy z ETH Zurich pod kierownictwem profesora Daniela Ahmeda, specjalisty w dziedzinie robotyki akustycznej dla nauk przyrodniczych i ochrony zdrowia, stworzyli podstawy dla właśnie takich inteligentnych tekstyliów. W przeciwieństwie do wcześniejszych rozwiązań, które opierały się głównie na elektronice, badacze z ETH zastosowali fale akustyczne przesyłane przez włókna szklane. Dzięki temu pomiary są bardziej precyzyjne, a same tekstylia lżejsze, bardziej oddychające i łatwiejsze w praniu. „Są również tanie, ponieważ używamy łatwo dostępnych materiałów, a zużycie energii jest bardzo niskie” – podkreśla Ahmed.
Akustyczne sensory wplecione w tkaninę
Naukowcy nazwali swoje rozwiązanie SonoTextiles. Zwykłe tkaniny zostały przekształcone w inteligentne sensory, które reagują na dotyk, nacisk i ruch. „Choć wcześniej prowadzono badania nad inteligentnymi tekstyliami wykorzystującymi akustykę, jesteśmy pierwszymi, którzy użyli włókien szklanych w połączeniu z sygnałami o różnych częstotliwościach” – wyjaśnia Yingqiang Wang, pierwszy autor publikacji, która ukazała się w czasopiśmie Nature Electronics.
Włókna szklane są wplecione w tkaninę w regularnych odstępach. Na jednym końcu każdego włókna znajduje się nadajnik emitujący fale dźwiękowe, a na drugim – odbiornik mierzący zmiany w tych falach.
Każdy nadajnik działa na innej częstotliwości, co znacznie ułatwia identyfikację zmienionych sygnałów i minimalizuje obciążenie obliczeniowe. Wcześniejsze tekstylia smart często miały problemy z nadmiarem danych i złożonym przetwarzaniem sygnałów, ponieważ każdy punkt pomiarowy trzeba było analizować osobno. „W przyszłości dane mogą być przesyłane bezpośrednio do komputera lub smartfona w czasie rzeczywistym” – zapowiada Ahmed.
Kiedy włókno szklane się porusza, długość przechodzącej przez nie fali akustycznej ulega zmianie, a sama fala traci energię. W przypadku T-shirtu może to być spowodowane ruchem ciała lub nawet samym oddychaniem. „Użyliśmy częstotliwości z zakresu ultradźwięków, około 100 kiloherców – znacznie powyżej zakresu słyszalności człowieka (20 Hz – 20 kHz)” – zaznacza Wang.
Uniwersalne zastosowanie
Badacze udowodnili skuteczność swojej koncepcji w warunkach laboratoryjnych. W przyszłości SonoTextiles mogą znaleźć szerokie zastosowanie – jako koszulka lub T-shirt mogłyby monitorować oddech pacjentów z astmą i uruchamiać alarm w sytuacji zagrożenia życia.
Źródło: Nature Electronics, ETH Zurich, fot. Yingqiang Wang / ETH Zurich
