Без долгих проводов: ученые сделают из простой одежды компьютеры
Российские специалисты создали токопроводящие покрытия для нанесения на текстильные материалы. Они позволят создавать электронные девайсы на тканевой основе. Такие гаджеты можно будет встроить в куртку, рюкзак, палатку и другие изделия. Устройства будут измерять температуру, настраивать климат-контроль, создавать защиту для отражения радиоволн и электромагнитных полей. В отличие от зарубежных аналогов отечественная разработка не требует прокладки проводов внутри ткани. По словам ученых, устройство уже спроектировано и готово для массового производства. Однако эксперты отмечают, что на внедрение технологии в промышленность уйдет не менее двух лет.
Электропроводка на ткани
Ученые из Российского государственного университета (РГУ) имени А.Н. Косыгина разработали технологию, которая может стать основой для создания электронных устройств на текстильной основе. В том числе умной одежды, сенсорных тканей, защитных экранов и многого другого.
Технология позволяет наносить на текстиль пленочные покрытия различной толщины, с разным количеством слоев и множеством модифицирующих добавок. Многообразие вариантов дает возможность получить материалы с программируемыми свойствами. Основной компонент покрытий — углеродные нанотрубки. Это длинные цилиндрические молекулы из атомов углерода, которые считают самым прочным материалом на Земле. Они хорошо пропускают через себя ток и тепло.
Воздействуя на нанокомпозиции потоками «холодной» плазмы, ученые получили материалы, устойчивые к механическим воздействиям, глажке утюгом и стирке.
— Благодаря высокой электропроводности изобретение может быть востребовано в самых разнообразных сферах. Одно из интересных направлений — это нанесение на ткани электрических схем и внедрение в ее структуру электронных компонентов. В конечном итоге можно создать микрокомпьютеры на текстильной основе, — рассказал «Известиям» автор разработки, преподаватель кафедры «Технология художественной обработки материалов» Института мехатроники и робототехники РГУ Марк Федоров.
Ученый подчеркнул, что, изменяя компоненты исходных порошков и режимы нанесения, можно получить покрытия с разными свойствами. Например, увеличив сопротивление, можно добиться нагрева материала при прохождении эклектического тока. Значит, его можно использовать для создания термоодежды и обуви.
Другой пример — это сенсорные покрытия, которые будут улавливать микродвижения и измерять пульс, глубину дыхания, активность мышц и другие параметры. Они станут помощниками при наблюдении за состоянием здоровья человека. Сенсорные материалы в мебельной обшивке, шторах, портьерах и прочих отделочных материалах предупредят о пожарах и других аварийных ситуациях.
В транспорте умные ткани в качестве накидок на сидения могут реагировать на присутствие пассажиров и инициировать режимы комфорта — изменять температуру и влажность в салоне.
— Одно из важных направлений — это применение умных тканей в военной сфере. Например, можно создать защиту от радиочастотного излучения и электромагнитных полей. Такими экранирующими покрытиями можно обезопасить штаб или замаскировать военную технику, — уточнил Марк Федоров.
Он также отметил простор для сенсорных покрытий в VR-индустрии. В частности, умный материал, нанесенный на одежду, сможет передавать виртуальные эффекты на тело человека, усиливая реализм игры. В робототехнике подобный эффект поможет оператору, управляющему манипулятором, «почувствовать» усилия, которые прикладывает механическая рука для захвата предмета.
«Огненная» вода
Помимо порошков ученый разработал устройство для нанесения покрытий на текстильные поверхности. Это портативный прибор, который генерирует «холодную» плазму — частично ионизированный раскаленный газ.
— При выходе из устройства температура плазмы составляет 8000 °C, но к моменту взаимодействия с нанокомпозицей (в 3 см от сопла) она остывает до 300–400 °C. В этой области порошок плавится и в жидком виде оседает на ткань. Его температура в момент касания ткани составляет 180–200 °C. Поэтому ткань не горит и не плавится,— сказал Марк Федоров.
Изобретатель пояснил, что преимущество метода состоит в том, что прибор компактный и способен работать в полевых условиях. Им можно даже обрабатывать вещи, не снимая с человека.
При этом в отличие от зарубежных аналогов разработка не требует прокладки проводов внутри материала. Вместе с тем технология позволяет наносить покрытия как широкой линией, так и нитеподобной полосой. Это также создает большое разнообразие для применения.
Ученый отметил, что устройство уже спроектировано и готово для массового внедрения. В частности, в изделии предусмотрены сменные блоки для порошковых композиций, которые, подобно картриджам, заменяют по мере расходования.
Мир будущего
Специалисты подтвердили, что аналогов технологии сейчас нет ни в России, ни в мире.
— Патентный анализ показал чистоту изобретения, — рассказал «Известиям» доцент Высшей школы сервиса Российского государственного университета туризма и сервиса (РГУТиС) Вячеслав Иванов.
Эксперт отметил, что известно четыре метода нанесения углеродных нанотрубок. Это химическое осаждение, покрытие электрофильтрами, нанесение в виде пасты и плазменное покрывание в вакуумных камерах. При этом технология, предложенная Марком Федоровым, отличается простотой, не требует дорогостоящего оборудования и обеспечивает качественный результат, устойчиво закрепляя покрытие на ткани. Оно наносится равномерно и заданной плотностью.
По словам Вячеслава Иванова, промышленным предприятиям для внедрения технологии нужны готовые решения. На их подготовку уйдет не менее двух лет. Тем не менее после получения автором патента в РГУТиС будет запущено опытное производство инновационной продукции на основе разработки.
— Учеными Косыгинского университета создан огромный задел. Их изобретение может изменить наше представление о свойствах многих вещей и приблизит к нам мир будущего, — рассказала доцент кафедры компьютерного дизайна Российского технологического университета Юлия Бойко.
Она считает, что можно визуализировать огромное количество возможных применений. Например, технологии управление свойствами одежды или создания дисплеев на текстильной основе.
В настоящее время изобретатели продолжают экспериментировать с составами нанокомпозиций и изучают свойства покрытий, полученных при разных режимах нанесения.
