Ingenjörer trär in kretsar i kläder för att skapa bekväma enheter som kan göra elektroniskt mode till textilindustrins framtid.

Smarta textilier, där elektronik ingår i tyger, har funnits ett tag, från sensorbelastade skjortor som håller dig sval, till klänningar packade med lysdioder. Trots dessa innovationer, även den mest beslutsamma shopparen skulle kämpa för att hitta denna typ av mode på high street.

Dr. Ana Neves, en forskare från University of Exeter i Storbritannien som är specialiserad på bärbar elektronik, tror att skrymmande design är en del av skulden.

"Användaren måste känna sig bekväm, ", sa hon. "De flesta smarta textilier är fortfarande beroende av att integrera konventionell elektronik i tyger, att fästa dem på ytan och ta bort dem när textilen behöver tvättas."

Som en del av E-TEX-projektet, Dr Neves och hennes kollegor använder en annan strategi, genom att bygga in enheter direkt i fibrerna i textilier med hjälp av flexibla och lätta komponenter. En t-tröja, till exempel, kan utformas för att övervaka bärarens hjärtslag utan behov av inbyggd elektronik.

Idén till projektet kom till 2014 när Dr Neves utvecklade en teknik för att få textilfibrer att leda elektricitet genom att belägga dem med grafen. Hon bestämde sig då för att tillämpa metoden för att införliva elektronik i kläder.

Egenskaperna hos grafen är idealiska för användning i textilier. Halvmetallen är bara några få atomer tjock, vilket gör den extremt lätt, och den kan böjas och till och med sträckas samtidigt som den förblir robust. Det är också transparent, vilket gör den lämplig för ljusavgivande skärmar.

Vidare, att applicera en beläggning på tyger bör vara lätt att integrera i befintlig klädproduktion. "Om vi ​​bara lägger till ett eller två steg, chansen att den här typen av teknik kommer att antas kommer att vara betydligt högre än om vi säger till en tillverkare att de måste omformulera sina produktionslinjer helt, " sa Dr Neves.

Glöd

Än så länge, teamet har byggt en typ av tygdisplay med ljusavgivande material. Genom att lägga in dopad zinksulfid mellan två lager av grafen – som fungerar som ledare – fick forskarna det att glöda.

De införlivade sedan denna uppsättning i en rad fibrer, strukturerad som en vävd textil, att skapa ett tyg där skärningen av fibrer lyser upp som pixlar när den är ansluten till en strömkälla. Att ändra de ljusemitterande materialen ger olika färger.

"Den kan användas för att göra en kappa eller en ryggsäck synlig på avstånd, sade Dr Neves. Till exempel, om ett barn går förlorat, aktivering av de ljusemitterande fibrerna skulle öka synligheten, hjälpa sök- och räddningsteam att upptäcka dem från en helikopter."

I framtiden, E-TEX-teamet hoppas kunna skörda energi från en persons rörelser så att tygerna kan drivas själv. Lika flexibel, plastsolceller blir effektivare, de kan också ingå som en strömkälla.

Enligt Henry Yi Li, professor i textilvetenskap och teknik från University of Manchester, STORBRITANNIEN, "e-textilier har blivit ett av huvudfokusen inom bärbar teknologi."

Men ett av problemen med att integrera elektronik i kläder är att koppla ihop dem alla. Traditionella trådar är skrymmande och passar inte sömlöst in i tyget. Prof. Li är en del av ett projekt som heter ETexWeld, som försöker att bättre integrera elektroniska komponenter som sensorer, kretsar, appar och eluttag i kläder.

Han och hans kollegor börjar från ruta ett. "Vi utvecklar elektroniska komponenter genom att börja med garn eller enskilda fibrer, " han sa.

Forskarna har experimenterat med olika strategier som antingen kan användas på egen hand eller kombineras. Att utveckla ledande fibrer och garn är en lösning, eftersom mikroelektroniska komponenter och kretsar sedan kan vävas, stickad, sys eller broderas in i tyget. Att trycka ledande bläck på en textil är en annan möjlighet.

Tvättbar

En av de stora utmaningarna är att skydda elektroniken så att den är tvättbar och tål svett och fukt, samt de mekaniska påfrestningarna och påfrestningarna på grund av kroppens rörelser och fysiska aktiviteter.

"Elektroniska element och anslutningsledningar kan kapslas in och skyddas med svetsisoleringstejper och/eller broderitekniker, " sa prof. Li.

Fokus i projektet har hittills varit att göra en smart uniform för brandman som integrerar den funktionalitet som krävs samtidigt som den släcker eld. För detta, sensorer behövs för att mäta temperatur och luftfuktighet, medan en brandmans plats och rörelse också måste förmedlas till andra medlemmar i teamet – och det skulle behöva kommuniceras trådlöst.

Teamet har utvecklat en algoritm som kan avgöra om en brandman är i fara eller inte genom att integrera data som samlats in från olika delar av dräkten. Det kan också förutsäga om vissa arbetsmönster sannolikt är riskfyllda.

Projektet involverar ett internationellt team, med medlemmar i Turkiet, Grekland, Frankrike, England, Slovenien, Taiwan och Hong Kong, vilket har gjort det möjligt för den att utnyttja varje regions expertis. I Taiwan och Hong Kong, till exempel, företag tillverkar och säljer redan e-textilprodukter.

"Samarbetet hjälper oss verkligen att gå från labbarbete till att utveckla kommersiella prototyper, " sa prof. Li.