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Des ordinateurs dans vos vêtements? Un jalon pour l'électronique portable
Aug 22, 2018

Les chercheurs qui travaillent au développement de l’électronique portable ont franchi une étape importante: ils peuvent broder des circuits avec une précision de 0,1 mm - la taille parfaite pour intégrer des composants électroniques tels que des capteurs et des dispositifs de mémoire informatique dans des vêtements.

Avec cette avancée, les chercheurs de l’Ohio State University ont franchi une nouvelle étape vers la conception de vêtements textiles fonctionnels qui rassemblent, stockent ou transmettent des informations numériques. Avec le développement ultérieur, la technologie pourrait conduire à des chemises qui agiraient comme des antennes pour votre smartphone ou tablette, des vêtements d'entraînement qui surveillent votre condition physique, des équipements sportifs qui surveillent la performance des athlètes, un pansement indiquant à votre médecin Cicatrisation - ou même un capuchon en tissu flexible qui détecte l'activité du cerveau.

Ce dernier article en est un que John Volakis, directeur du ElectroScience Laboratory à Ohio State, et la chercheuse scientifique Asimina Kiourti étudient. L'idée est de rendre les implants cérébraux, en cours de développement, pour traiter des conditions allant de l'épilepsie à la dépendance, plus à l'aise en éliminant le besoin de câblage externe sur le corps du patient.

"Une révolution est en train de se produire dans l'industrie textile", a déclaré Volakis, qui est également professeur titulaire de la chaire Roy & Lois Chope en génie électrique à Ohio State. "Nous pensons que les textiles fonctionnels sont une technologie habilitante pour les communications et la détection - et même un jour, des applications médicales telles que l'imagerie et la surveillance de la santé."

Récemment, lui et Kiourti ont perfectionné leur méthode de fabrication brevetée pour créer des prototypes de vêtements portables à une fraction du coût et en deux fois moins qu’il ya deux ans. Avec de nouveaux brevets en instance, ils ont publié les nouveaux résultats dans la revue Antennes et lettres de propagation sans fil IEEE.

Dans le laboratoire de Volakis, les textiles fonctionnels, également appelés «textiles électroniques», sont créés en partie sur une machine à coudre de table typique - celle que les artisans du textile et les amateurs pourraient avoir chez eux. Comme d'autres machines à coudre modernes, il brode automatiquement le fil dans un tissu en fonction d'un motif chargé via un fichier informatique. Les chercheurs remplacent le fil par de fins fils métalliques argentés qui, une fois brodés, ont le même toucher qu'un fil traditionnel.

"Nous avons commencé avec une technologie très connue de broderie à la machine - et nous avons demandé, comment pouvons-nous fonctionnaliser les formes brodées? Comment pouvons-nous leur faire transmettre des signaux à des fréquences utiles, comme pour les téléphones portables ou les capteurs de santé? », A déclaré Volakis. "Maintenant, pour la première fois, nous avons atteint la précision des circuits imprimés en métal imprimé. Notre nouvel objectif est donc de tirer parti de la précision pour incorporer les récepteurs et autres composants électroniques."

La forme de la broderie détermine la fréquence de fonctionnement de l’antenne ou du circuit, explique Kiourti.

La forme d'une antenne à large bande, par exemple, consiste en plus d'une demi-douzaine de formes géométriques imbriquées, chacune un peu plus grande qu'un ongle, formant un cercle complexe de quelques centimètres. Chaque pièce du cercle transmet de l'énergie à une fréquence différente, de sorte qu'elles couvrent un large spectre d'énergies lorsqu'elles travaillent ensemble, d'où la capacité "haut débit" de l'antenne pour l'accès au téléphone cellulaire et à Internet.

"La forme détermine la fonction", a-t-elle déclaré. "Et vous ne savez jamais vraiment de quelle forme vous aurez besoin d’une application à l’autre. Nous voulions donc avoir une technologie capable de broder n'importe quelle forme pour n'importe quelle application. "

L'objectif initial des chercheurs, a ajouté M. Kiourti, était simplement d'accroître la précision de la broderie autant que possible, ce qui nécessitait de travailler avec du fil d'argent fin. Mais cela a créé un problème, en ce sens que les fils fins ne pouvaient pas fournir autant de conductivité de surface que les fils épais. Ils ont donc dû trouver un moyen de travailler le fil fin dans des densités et des formes de broderie qui amélioreraient la conductivité de la surface et, par conséquent, les performances de l'antenne / capteur.

Auparavant, les chercheurs avaient utilisé du fil de polymère recouvert d'argent d'un diamètre de 0,5 mm, chaque fil de 600 filaments encore plus fins torsadés. Les nouveaux fils ont un diamètre de 0,1 mm, composé de seulement sept filaments. Chaque filament est en cuivre au centre, émaillé d'argent pur.

Ils achètent le fil à la bobine au coût de 3 cents par pied; Kiourti a estimé que la broderie d’une seule antenne à large bande comme celle mentionnée ci-dessus consomme environ 10 pieds de fil, pour un coût matériel d’environ 30 cents par antenne. C'est 24 fois moins cher que lorsque Volakis et Kiourti ont créé des antennes similaires en 2014.

En partie, les économies de coûts proviennent de l’utilisation de moins de fil par broderie. Les chercheurs devaient auparavant empiler le fil le plus épais en deux couches, l'une sur l'autre, pour que l'antenne transporte un signal électrique suffisamment fort. Mais en affinant la technique qu'elle a développée avec Volakis, Kiourti a réussi à créer les nouvelles antennes de haute précision dans une seule couche brodée du fil plus fin. Alors maintenant, le processus prend la moitié du temps: seulement environ 15 minutes pour l'antenne haut débit mentionnée ci-dessus.

Elle a également incorporé des techniques communes à la fabrication microélectronique pour ajouter des pièces aux antennes et aux circuits brodés.

Une antenne prototype ressemble à une spirale et peut être brodée sur des vêtements pour améliorer la réception du signal du téléphone cellulaire. Un autre prototype, une antenne extensible avec une puce RFID (identification par radiofréquence) intégrée dans le caoutchouc, prend les applications de la technologie au-delà des vêtements. (Ce dernier objet faisait partie d'une étude réalisée pour un fabricant de pneus.)

Un autre circuit ressemble au logo «O» de l’État de l’Ohio, avec du fil écarlate et gris non conducteur brodé parmi les fils d’argent «pour démontrer que les textiles électroniques peuvent être à la fois décoratifs et fonctionnels», a déclaré Kiourti.

Ils peuvent être décoratifs, mais les antennes et les circuits brodés fonctionnent réellement. Les tests ont montré qu’une antenne spirale brodée mesurant environ six pouces à travers des signaux transmis à des fréquences de 1 à 5 GHz avec une efficacité quasi parfaite. La performance suggère que la spirale serait bien adaptée à Internet haut débit et à la communication cellulaire.

En d'autres termes, la chemise sur votre dos peut aider à augmenter la réception du téléphone intelligent ou de la tablette que vous possédez, ou envoyer des signaux à vos appareils avec des données de performances sportives ou de santé.

Le travail s’accorde bien avec le rôle d’Ohio State en tant que partenaire fondateur de l’Institut des fonctions fonctionnelles avancées d’Amérique, un centre national de ressources manufacturières pour l’industrie et le gouvernement. Le nouvel institut, qui regroupe quelque 50 universités et partenaires industriels, a été annoncé plus tôt ce mois-ci par le secrétaire américain à la Défense Ashton Carter.

Syscom Advanced Materials à Columbus a fourni les fils utilisés dans le travail initial de Volakis et Kiourti. Les fils plus fins utilisés dans cette étude ont été achetés auprès du fabricant suisse Elektrisola. La recherche est financée par la National Science Foundation et l’Ohio State autorisera la mise au point de la technologie.

Jusque-là, Volakis établit une liste de courses pour la prochaine phase du projet.

"Nous voulons une plus grande machine à coudre", a-t-il déclaré.

L'article original provient de iconnect007