Metodi comuni producono tessuti intelligenti economici con sensori

Elizabeth Montalbano | Jun 05, 2023

I ricercatori hanno trovato un modo per sviluppare tessuti intelligenti con LED integrati, sensori e altri componenti elettronici e connessi su macchinari simili utilizzati per realizzare indumenti di tutti i giorni.

I ricercatori, un team internazionale guidato dall’Università di Cambridge, hanno dimostrato di poter sfruttare i processi automatizzati ora utilizzati sui telai industriali per creare abiti convenzionali per fabbricare tessuti intelligenti senza limiti alla loro dimensione o forma. Questo lavoro può ridurre significativamente il costo dei tessuti intelligenti e renderli più accessibili a tutti, poiché la complessità della loro produzione ne ha fortemente limitato la produzione e l’uso, hanno affermato.

La ricerca si basa sul lavoro precedente che il team ha presentato l’anno scorso per sviluppare un display intelligente fatto di fibre rivestite con materiali che consentono l’allungamento, rendendoli compatibili con i processi di tessitura convenzionali.

L’ultimo risultato in questo lavoro è quello di fabbricare diversi tipi di dispositivi in ​​fibra – inclusi dispositivi di accumulo di energia, LED e transistor – e poi mescolarli con fibre convenzionali, sintetiche o naturali, in un processo di tessitura automatizzato. Hanno poi interconnesso questi dispositivi utilizzando un adesivo elettricamente conduttivo e un metodo di saldatura laser automatizzato.

Infatti, prima che questo metodo fosse sviluppato, la loro fabbricazione richiedeva strutture microelettroniche specializzate e miliardi di dollari di investimenti, ha osservato Sanghyo Lee del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, che ha lavorato alla ricerca. "Inoltre, la produzione di tessuti intelligenti in questo modo è molto limitata, poiché tutto deve essere realizzato sugli stessi wafer rigidi utilizzati per realizzare circuiti integrati, quindi la dimensione massima che possiamo ottenere è di circa 30 centimetri di diametro", ha affermato.

La complessità della produzione non è l’unica cosa che ha limitato l’uso dei tessuti intelligenti, ha osservato un altro ricercatore. Anche la loro "mancanza di praticità" li ha resi difficili da vendere, ha affermato Luigi Occhipinti, co-responsabile della ricerca del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge. "Pensi al tipo di flessione, allungamento e piegatura che i tessuti normali devono sopportare, ed è stata una sfida incorporare quella stessa durabilità nei tessuti intelligenti", ha spiegato.

Per garantire che i tessuti risultanti fossero più durevoli di quelli prodotti in precedenza, i ricercatori hanno ottimizzato i processi per ridurre al minimo i danni ai componenti elettronici, rendendoli in grado di resistere allo stiramento che avviene quando vengono lavorati su un telaio industriale. Hanno raggiunto questo obiettivo studiando e considerando la forza meccanica e l’energia termica utilizzate nel processo in modo che durante la fabbricazione potessero incapsulare rispettivamente sia la tessitura che l’interconnessione basata sul laser, hanno detto i ricercatori.

Il gruppo di ricerca ha lavorato con i produttori tessili per produrre campioni di prova di tessuti intelligenti con dimensioni di circa 50 x 50 centimetri. Tuttavia, queste dimensioni possono essere ingrandite e prodotte in grandi volumi utilizzando lo stesso processo, hanno affermato i ricercatori.

"Queste aziende dispongono di linee di produzione ben consolidate con estrusori di fibre ad alta produttività e grandi macchine per tessere in grado di tessere automaticamente un metro quadrato di tessuto", ha spiegato Lee. "Quindi, quando introduciamo le fibre intelligenti nel processo, il risultato è fondamentalmente un sistema elettronico che viene prodotto esattamente nello stesso modo in cui vengono fabbricati gli altri tessuti."

I ricercatori hanno pubblicato un articolo sul loro lavoro sulla rivista Science Advances.

In futuro, display e monitor flessibili di grandi dimensioni potrebbero persino essere fabbricati su telai industriali, rendendoli molto più economici da produrre rispetto al processo utilizzato negli impianti di produzione specializzati, dove vengono prodotti oggi, hanno detto i ricercatori. Tuttavia, affinché ciò diventi standardizzato e fattibile a lungo termine, i ricercatori devono ottimizzare ulteriormente il processo, cosa che intendono fare, hanno affermato.

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