Jurutera di Universiti Delaware telah membangunkan teknik untuk mencipta tekstil pintar yang sensitif sentuh dengan melapisi pelbagai serat, termasuk nilon, kapas dan bulu, dengan nanomaterials berasaskan karbon.

Kain yang dihasilkan dilengkapi dengan kebolehan penderiaan baru yang dapat mengesan pelbagai tekanan - dari sentuhan cahaya dari hujung jari ke arah pemanduan oleh forklift - yang satu hari boleh digunakan dalam pakaian atau kasut untuk mengesan pergerakan manusia.

"Oleh kerana sensor kos rendah nipis dan fleksibel kemungkinan wujud untuk membuat kasut adat dan pakaian lain dengan elektronik bersepadu untuk menyimpan data sepanjang kehidupan sehari-hari mereka," Sagar Doshi, seorang pelajar kedoktoran dalam kejuruteraan mekanikal dan pengarang utama kajian itu, dalam satu kenyataan.

"Data ini boleh dianalisis kemudian oleh penyelidik atau terapi untuk menilai prestasi dan akhirnya mengurangkan kos penjagaan kesihatan."

Penyelidikan ini diterbitkan dalam jurnal Sensor ACS.

Nanotube karbon

Untuk mencipta pelapis tekstil, para penyelidik berpaling kepada nanomaterial karbon.

"Kumpulan lab saya telah terlibat dengan pemprosesan, pencirian dan pemodelan nanomaterial berasaskan karbon sepanjang beberapa tahun yang lalu," kata Erik Thostenson, seorang profesor bersekutu di Jabatan Kejuruteraan Mekanikal dan Sains dan Kejuruteraan Bahan.

"Kami telah membangunkan teknik pemendapan electrophoretic berasaskan air untuk menghasilkan lapisan serat nanocomposite. Menggunakan teknik pembuatan ini, kami mempunyai keupayaan unik untuk melapisi pelbagai fabrik seperti kapas, nilon, poliester, bulu, kaca dan aramid. "

Nanotub karbon memberikan cahaya, kain fleksibel dan bernafas salutan kebolehan penginderaan seperti saraf. Apabila bahan diperah, perubahan elektrik yang besar dalam kain mudah diukur.

"Melalui penyelidikan kami, kami mendapati tekanan unik dan keupayaan pengesan ketegangan bahan tekstil bersalut. Matlamat akhirnya adalah meneroka pelbagai aplikasi, mulai dari pakaian pintar ke struktur skala besar di mana teknologi boleh digunakan, "kata Thostenson.

Kaedah yang lebih baik

Dengan menggunakan kaedah ini, penyelidik boleh menambah sensor kepada kain dengan cara yang lebih selesa daripada teknik sedia ada.

Kaedah semasa untuk membuat tekstil pintar, seperti penyaduran serat dengan logam atau serat mengait dan helai logam bersama-sama, sering mengurangkan keselesaan dan ketahanan kain, jelas Thostenson.

Tetapi lapisan nanocomposit yang dikembangkan oleh Doshi dan Thostenson adalah fleksibel dan selesa untuk disentuh, dan telah diuji pada serat semulajadi dan sintetik.

Selain itu, lapisan hanya tebal nanometer 250-750, dan hanya akan menambah kira-kira gram berat kepada kasut tipikal atau pakaian.

Selain itu, bahan yang digunakan untuk membuat salutan sensor adalah murah dan mesra alam, Thostenson menjelaskan.

"Berbeza dengan pendapat umum, kos bahan yang digunakan dalam sensor novel ini tidak mahal. Nanotub karbon, bahan aktif utama dalam sensor baru kini dihasilkan di skala perindustrian, "kata Thostenson.

"Oleh kerana pembuatan kami dilakukan pada suhu bilik dan melibatkan mandi berair tanpa bahan kimia yang keras, kos pemprosesan sangat rendah."

Aplikasi masa depan

"Salah satu aplikasi yang paling menarik untuk teknologi ini adalah untuk menganalisis usul manusia menggunakan pakaian pintar," kata Thostenson.

"Pakaian pintar ini mempunyai aplikasi dalam industri penjagaan kesihatan untuk pemulihan pesakit, menilai gangguan pergerakan untuk populasi pediatrik dan peranti bioperubatan."

Sebagai contoh, dalam satu aplikasi, kain bersalut sensor boleh digunakan untuk mengukur daya di kaki orang semasa mereka berjalan. Data sedemikian boleh membantu penyelia menilai ketidakseimbangan akibat kecederaan, atau membantu mencegah kecederaan pada atlet.

Para penyelidik bekerjasama dengan Jill Higginson, seorang profesor kejuruteraan mekanikal dan pengarah Makmal Biomekanik Neuromuskular di UD, untuk melihat bagaimana sensor ini, apabila tertanam dengan kasut, berbanding dengan teknik makmal biomekanik yang digunakan untuk menangkap gerakan.

"Salah satu idea kami ialah kami boleh menggunakan tekstil-novel baru ini di luar persekitaran makmal - berjalan di jalan, di rumah, di mana sahaja," kata Thostenson dalam satu kenyataan.

Dalam ujian awal, para penyelidik mendapati sensor mengumpul data seperti plat daya, peranti makmal mahal yang menelan belanja dolar.

Apa yang akan datang?

Pada masa ini, para penyelidik bekerjasama dengan profesor dalam biomekanik untuk menguji sensor mengenai subjek manusia, sementara seorang profesor yang mempunyai kepakaran dalam kajian fesyen dan pakaian membantu untuk mengintegrasikan sensor dengan cara yang tidak invasif.

Selain itu, Thostenson menjelaskan bahawa penyelidikan untuk mengoptimumkan kepekaan sensor dan untuk meningkatkan proses pembuatan juga sedang dijalankan di makmal.

"Memandangkan terdapat banyak aplikasi yang berpotensi untuk sensor ini, kami tidak sabar-sabar untuk bekerja dengan industri serta penyelidik lain untuk membangunkan aplikasi tertentu," katanya.