E-textiles

Los textiles electrónicos o e-textiles son tejidos que permiten integrar en ellos componentes electrónicos como baterías, luces, sensores y microcontroladores. No deben confundirse con los textiles inteligentes, que son tejidos que se han desarrollado con nuevas tecnologías que aportan un valor añadido. Muchos proyectos de ropa inteligente, tecnología portátil y computación portátil implican el uso de textiles electrónicos.

Los textiles electrónicos se diferencian de la informática portátil porque se hace hincapié en la perfecta integración de los textiles con elementos electrónicos como microcontroladores, sensores y actuadores. Además, los textiles electrónicos no necesitan ser portátiles. Por ejemplo, los textiles electrónicos también se encuentran en el diseño de interiores.

El campo relacionado de la fibrotrónica explora cómo la funcionalidad electrónica y computacional puede integrarse en las fibras textiles.

Un nuevo informe de Cientifica Research examina los mercados de tecnologías portátiles basadas en textiles, las empresas que las producen y las tecnologías habilitadoras. El informe identifica tres generaciones distintas de tecnologías vestibles textiles:

1. La "primera generación" conecta un sensor a la ropa. Este enfoque es adoptado actualmente por marcas de ropa deportiva como Adidas, Nike y Under Armour.
2. Los productos de "segunda generación" integran el sensor en la prenda, como lo demuestran los productos actuales de Samsung, Alphabet, Ralph Lauren y Flex.
3. En los wearables de "tercera generación", la prenda es el sensor. Un número creciente de empresas está creando sensores de presión, tensión y temperatura para este propósito.

Es posible que se desarrollen futuras aplicaciones de textiles electrónicos para productos deportivos y de bienestar, y dispositivos médicos para el control de pacientes. Los textiles técnicos, la moda y el entretenimiento también serán aplicaciones importantes.

Historia

Los materiales básicos necesarios para construir textiles electrónicos, hilos conductores y telas existen desde hace más de 1000 años. En particular, los artesanos han estado envolviendo finas láminas de metal, generalmente oro y plata, alrededor de hilos de tela durante siglos. Muchos de los vestidos de la reina Isabel I, por ejemplo, estaban bordados con hilos envueltos en oro.

A finales del siglo XIX, cuando la gente desarrolló y se acostumbró a los aparatos eléctricos, los diseñadores e ingenieros comenzaron a combinar la electricidad con la ropa y la joyería, desarrollando una serie de collares, sombreros, broches y disfraces iluminados y motorizados. Por ejemplo, a finales de 1800, una persona podía contratar mujeres jóvenes adornadas con vestidos de noche tachonados de luz de Electric Girl Lighting Company para brindar entretenimiento en un cóctel.

En 1968, el Museo de Artesanía Contemporánea de la ciudad de Nueva York realizó una exposición innovadora llamada Body Covering que se centró en la relación entre la tecnología y la indumentaria. El espectáculo contó con los trajes espaciales de los astronautas junto con ropa que podía inflarse y desinflarse, encenderse, calentarse y enfriarse. Particularmente notable en esta colección fue el trabajo de Diana Dew, una diseñadora que creó una línea de moda electrónica, incluyendo vestidos de fiesta electroluminiscentes y cinturones que podían hacer sonar sirenas de alarma.

En 1985, el inventor Harry Wainwright creó la primera sudadera totalmente animada. La camiseta consistía en fibra óptica, cables y un microprocesador para controlar fotogramas individuales de animación. El resultado fue una caricatura a todo color que se muestra en la superficie de la camiseta. en 1995, Wainwright pasó a inventar la primera máquina que permitía mecanizar fibra óptica en telas, el proceso necesario para fabricar lo suficiente para los mercados masivos y, en 1997, contrató a un diseñador de máquinas alemán, Herbert Selbach, de Selbach Machinery para producir la primera máquina CNC capaz de implantar automáticamente fibra óptica en cualquier material flexible. Al recibir la primera de una docena de patentes basadas en pantallas y maquinaria LED/óptica en 1989, las primeras máquinas CNC entraron en producción en 1998, comenzando con la producción de abrigos animados para los parques de Disney en 1998. El personal del MIT compró varios abrigos completamente animados para que sus investigadores los usaran en sus demostraciones en 1999 para llamar la atención sobre su investigación de "Computadora portátil". Wainwright recibió el encargo de hablar en la Conferencia de Textiles y Coloristas en Melbourne, Australia, el 5 de junio de 2012, donde se le pidió que hiciera una demostración de sus creaciones de telas que cambian de color con cualquier teléfono inteligente, indican a las personas que llaman en teléfonos móviles sin pantalla digital y contienen WIFI. características de seguridad que protegen carteras y artículos personales contra robos.

A mediados de la década de 1990, un equipo de investigadores del MIT dirigido por Steve Mann, Thad Starner y Sandy Pentland comenzó a desarrollar lo que denominaron computadoras portátiles. Estos dispositivos consistían en hardware informático tradicional adherido y transportado en el cuerpo. En respuesta a los desafíos técnicos, sociales y de diseño que enfrentaron estos investigadores, otro grupo del MIT, que incluía a Maggie Orth y Rehmi Post, comenzó a explorar cómo dichos dispositivos podrían integrarse con mayor gracia en la ropa y otros sustratos blandos. Entre otros desarrollos, este equipo exploró la integración de la electrónica digital con tejidos conductores y desarrolló un método para bordar circuitos electrónicos. Uno de los primeros microcontroladores portátiles basados ​​en Arduino disponibles comercialmente, llamado Lilypad Arduino, también fue creado en el MIT Media Lab por Leah Buechley.

Casas de moda como CuteCircuit están utilizando textiles electrónicos para sus colecciones de alta costura y proyectos especiales. La camiseta Hug de CuteCircuit permite al usuario enviar abrazos electrónicos a través de sensores dentro de la prenda.

Visión general

El campo de los textiles electrónicos se puede dividir en dos categorías principales:

• E-textiles con dispositivos electrónicos clásicos como conductores, circuitos integrados, LED, OLED y baterías convencionales incrustadas en prendas.
• E-textiles con electrónica integrada directamente en los sustratos textiles. Esto puede incluir componentes electrónicos pasivos, como conductores y resistencias, o componentes activos, como transistores, diodos y células solares.

Los textiles electrónicos son principalmente hilos, textiles y tejidos conductores, mientras que la otra mitad de los proveedores y fabricantes utilizan polímeros conductores como poliacetileno y polifenileno vinileno).

La mayoría de los proyectos textiles electrónicos comerciales y de investigación son híbridos en los que los componentes electrónicos integrados en el textil se conectan a dispositivos o componentes electrónicos clásicos. Algunos ejemplos son los botones táctiles que se construyen completamente en formas textiles mediante el uso de tejidos textiles conductores, que luego se conectan a dispositivos como reproductores de música o LED que se montan en redes de fibra conductora tejida para formar pantallas.

Se han integrado sensores impresos para el monitoreo fisiológico y ambiental en textiles que incluyen algodón, Gore-Tex y neopreno.

Sensores

El tejido textil inteligente se puede fabricar con materiales que van desde el tradicional algodón, poliéster y nailon hasta Kevlar avanzado con funcionalidades integradas. En la actualidad, sin embargo, son de interés los tejidos con conductividad eléctrica. Se han producido tejidos eléctricamente conductores mediante la deposición de nanopartículas metálicas alrededor de las fibras y tejidos tejidos. Los tejidos metálicos resultantes son conductores, hidrofílicos y tienen áreas superficiales electroactivas elevadas. Estas propiedades los convierten en sustratos ideales para la biodetección electroquímica, que se ha demostrado con la detección de ADN y proteínas.

Hay dos tipos de productos textiles inteligentes (tela) que se han desarrollado y estudiado para el control de la salud: la tela con sensores electrónicos basados ​​en textiles y la tela que envuelve los sensores electrónicos tradicionales. Ha demostrado que el tejido se puede usar para incorporar hilo eléctricamente conductor en un tejido para obtener un textil que se puede usar como una "placa base portátil". Puede conectar múltiples sensores en el cuerpo, como electrodos de ECG de gel húmedo, a la electrónica de adquisición de señales. Investigaciones posteriores han demostrado que los hilos conductores pueden ser fundamentales en la fabricación de sensores textiles hechos de tela o mallas metálicas recubiertas con plata o núcleos de metal conductor entretejidos en la tela.

Hay dos enfoques amplios para la fabricación de prendas con electrodos sensores de ECG en investigación:

• Prendas terminadas mediante funcionalización o integración de prendas terminadas con elementos sensores. Este enfoque implica la integración de electrodos terminados en prendas terminadas simplemente cosiendo los electrodos en los lugares apropiados de la prenda o utilizando técnicas de deposición para transferir los materiales funcionales en los lugares apropiados.
• Prendas sin terminar. La introducción de materiales inteligentes durante el proceso de fabricación de prendas. Este enfoque en Terminado implica el uso de técnicas de fabricación textil para formar telas tejidas o no tejidas con la inclusión de materiales funcionales.

Fibratronica

Al igual que en la electrónica clásica, la construcción de capacidades electrónicas sobre fibras textiles requiere el uso de materiales conductores y semiconductores, como un tejido conductor. Hay una serie de fibras comerciales en la actualidad que incluyen fibras metálicas mezcladas con fibras textiles para formar fibras conductoras que se pueden tejer o coser. Sin embargo, debido a que tanto los metales como los semiconductores clásicos son materiales rígidos, no son muy adecuados para aplicaciones de fibras textiles, ya que las fibras se estiran y doblan mucho durante su uso.

Los dispositivos portátiles inteligentes son dispositivos electrónicos conectados de grado de consumo que se pueden incrustar en la ropa.

Una de las cuestiones más importantes de los textiles electrónicos es que las fibras deben ser lavables. Por lo tanto, los componentes eléctricos deberían aislarse durante el lavado para evitar daños.

Una nueva clase de materiales electrónicos que son más adecuados para los textiles electrónicos es la clase de materiales electrónicos orgánicos, porque pueden ser conductores, así como semiconductores, y diseñados como tintas y plásticos.

Algunas de las funciones más avanzadas que se han demostrado en el laboratorio incluyen:

• Transistores de fibra orgánica: el primer transistor de fibra textil que es completamente compatible con la fabricación textil y que no contiene metales en absoluto.
• Células solares orgánicas sobre fibras

Usos

• Monitoreo de la salud de los signos vitales, como la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria, la temperatura, la actividad y la postura.
• Adquisición de datos de entrenamiento deportivo
• Supervisión del personal que manipula materiales peligrosos
• Seguimiento de la posición y el estado de los soldados en acción
• Aplicación militar: chaleco antibalas de kevlar para soldados; si el usuario recibe un disparo, el material puede sentir el impacto de la bala y enviar un mensaje de radio a la base
• Supervisión de la fatiga del piloto o del conductor del camión
• Diagnóstico de molestias en amputados
• Moda innovadora (tecnología portátil)
• Recuperar la percepción sensorial que se perdió previamente por accidente o nacimiento