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옷에 컴퓨터가 있습니까? 착용 할 수있는 전자 공학을위한 공정표
Aug 22, 2018

착용 가능한 전자 제품 개발을 위해 노력하는 연구원들은 획기적으로 도달했습니다. 센서 및 컴퓨터 메모리 장치와 같은 전자 부품을 의류에 통합하기에 완벽한 크기 인 0.1mm 정밀도로 회로에 자수를 할 수 있습니다.

이러한 발전으로 오하이오 주립대 연구원은 디지털 정보를 수집, 저장 또는 전송하는 기능성 직물 디자인을 향한 다음 단계를 밟았습니다. 더욱 발전된 기술로 스마트 폰이나 태블릿의 안테나 역할을하는 셔츠, 피트니스 수준을 모니터링하는 운동복, 운동 선수의 성능을 모니터링하는 스포츠 장비, 의사에게 그 아래 티슈가 얼마나 좋은지를 알려주는 붕대가 될 수 있습니다 치유 또는 심지어 두뇌에서 활동을 감지하는 유연한 패브릭 캡.

그 마지막 항목은 Ohio State의 ElectroScience Laboratory의 책임자 인 John Volakis와 연구 과학자 인 Asimina Kiourti가 조사하고있는 것입니다. 이 아이디어는 간질에서 중독에 이르는 상태를 치료하기 위해 개발중인 뇌 임플란트를 환자 몸에 외부 배선을 할 필요가 없어 편안하게 만드는 것입니다.

"섬유 산업에서 혁명이 일어나고있다."라고 오하이오 주립 대학의 전기 공학과 교수 인 Volakis는 말했다. "기능성 섬유는 통신 및 감지 기능을 가능하게 해주는 기술이며 이미 언젠가는 이미징 및 건강 상태 모니터링과 같은 의료용 응용 프로그램이라고해도 과언이 아닙니다."

최근 Kiourti는 2 년 전만해도 절반의 비용으로 프로토 타입 웨어러블을 제작하기 위해 특허화 된 제조 방법을 개선했습니다. 새로운 특허가 출원됨에 따라 저널 IEEE 전자 문서 및 무선 전파 문서에 새로운 결과를 발표했습니다.

Volakis의 실험실에서는 "e-textiles"라고도 불리는 기능성 섬유가 일반적인 탁상용 재봉기 (장인과 취미 애호가가 집에서 가질 수있는 종류)에 부분적으로 만들어집니다. 다른 현대의 재봉틀과 마찬가지로 컴퓨터 파일을 통해로드 된 패턴을 기반으로 스레드를 패브릭에 자수합니다. 연구자들은 일단 실을 자르면 전통적인 실처럼 느껴지는 고급 은색 금속 와이어로 실을 대체합니다.

"우리는 아주 잘 알려진 기계 자수 기술로 시작했고, 우리는 어떻게 수 놓은 모양을 기능화 할 수 있습니까? 휴대 전화 나 건강 센서와 같은 유용한 주파수로 신호를 전송하는 방법은 무엇입니까? "라고 Volakis는 말했습니다. "이제는 처음으로 인쇄 된 금속 회로 기판의 정확성을 달성 했으므로 새로운 목표는 수신기 및 기타 전자 부품을 통합하는 정밀도를 이용하는 것입니다."

자이툰의 모양은 안테나 또는 회로의 작동 주파수를 결정한다고 Kiourti는 설명했다.

예를 들어, 하나의 광대역 안테나의 모양은 수십 인치에 걸쳐 복잡한 원형을 형성하는 손톱보다 조금 더 많은 서로 교차하는 기하학적 모양으로 구성됩니다. 원형의 각 부분은 서로 다른 주파수의 에너지를 전송하므로 함께 작업 할 때 에너지의 넓은 스펙트럼을 포함하므로 휴대 전화 및 인터넷 액세스를위한 안테나의 "광대역"기능을 지원합니다.

"모양에 따라 기능이 결정됩니다."라고 그녀는 말했습니다. "그리고 한 응용 프로그램에서 다음 응용 프로그램까지 필요한 모양을 실제로 알 수는 없습니다. 그래서 우리는 어떤 애플리케이션을 위해 어떤 형태로든 사용할 수있는 기술을 원했습니다. "

연구진의 초기 목표 인 Kiourti는 가능한 한 많이 자수의 정밀도를 높이기위한 것이 었으며, 이는 은선의 미세한 가공을 필요로했다. 그러나 이것은 미세한 와이어가 두꺼운 와이어만큼 많은 표면 전도성을 제공 할 수 없다는 점에서 문제를 야기했습니다. 그래서 그들은 표면의 전도도를 높여 안테나 / 센서 성능을 향상시키는 자수 밀도와 모양을 미세한 실로 일할 수있는 방법을 찾아야했습니다.

이전에는 연구원들이 직경 0.5 mm의은 코팅 된 폴리머 스레드를 사용했으며, 각 스레드는 서로 꼬인 600 개의 미세한 필라멘트로 구성되었습니다. 새로운 실은 단지 7 개의 필라멘트만으로 만들어진 직경 0.1 mm입니다. 각 필라멘트는 중심에서 구리이며 순수한은으로 에나멜 처리되어 있습니다.

그들은 발 당 3 센트의 비용으로 스풀로 전선을 구입합니다. Kiourti는 위에서 언급 한 것과 같은 단일 광대역 안테나를 자수하는 것은 안테나 당 약 30 센트의 재료 비용으로 약 10 피트의 스레드를 소모한다고 추정했습니다. 그것은 Volakis와 Kiourti가 2014 년에 비슷한 안테나를 만들 때보 다 24 배 저렴합니다.

부분적으로, 비용 절감은 자수 당 쓰레드를 줄이면 발생합니다. 연구자들은 이전에 두 개의 레이어에 두꺼운 실을 쌓아 올려 안테나가 충분히 강한 전기 신호를 전달하도록했습니다. 그러나 그녀와 Volakis가 개발 한 기술을 개선함으로써 Kiourti는보다 미세한 스레드의 자수 레이어 하나에 새로운 고정밀 안테나를 만들 수있었습니다. 이제는 시간이 절반으로 걸립니다. 위에서 언급 한 광대역 안테나의 경우 약 15 분입니다.

그녀는 또한 자수 된 안테나와 회로에 부품을 추가하기 위해 마이크로 일렉트로닉스 제조에 공통적 인 몇 가지 기술을 통합했습니다.

하나의 프로토 타입 안테나는 나선형처럼 보이며 휴대 전화 신호 수신을 개선하기 위해 옷에 수 놓을 수 있습니다. 고무에 RFID (무선 주파수 식별) 칩이 내장 된 신축성있는 안테나는 의류 이외의 기술에도 응용할 수 있습니다. (후자의 목표는 타이어 제조업체를 대상으로 한 연구의 일부입니다.)

또 다른 회로 는 오하이오 주립 블록 "O"로고와 유사하다. "전자 섬유가 장식적이고 기능적 일 수 있다는 것을 입증하기 위해 실버 와이어 사이에 비 전도성 스칼렛 및 회색 실이 수 놓여있다"고 Kiourti는 말했다.

그들은 장식일지도 모른다. 그러나 수 놓게되었던 안테나와 회로는 실제로 일한다. 테스트 결과 1 ~ 5GHz 주파수에서 약 6 인치 길이의 자수 된 나선형 안테나가 거의 완벽하게 효율을 발휘한다는 것을 알 수있었습니다. 이 성능은 나선형이 광대역 인터넷 및 셀룰러 통신에 적합하다는 것을 보여줍니다.

즉, 등에있는 셔츠로 스마트 폰이나 태블릿의 수신 상태를 향상 시키거나 건강 또는 운동 수행 데이터가있는 기기로 신호를 보낼 수 있습니다.

이 작업은 산업 및 정부를위한 국가 제조 리소스 센터 인 미국 연구소의 Advanced Functional Fabrics의 창업 파트너로서 오하이오 주정부의 역할과 잘 어울립니다. 약 50 개 대학 및 산업 파트너와 합류 한이 새로운 연구소는 이번 달 초 미국 국방 장관 Ashton Carter에 의해 발표되었다.

콜럼버스의 Syscom Advanced Materials는 Volakis와 Kiourti의 초기 작업에 사용 된 스레드를 제공했습니다. 이 연구에서 사용 된 더 미세한 나사는 스위스 제조업체 Elektrisola에서 구입했습니다. 이 연구는 국립 과학 재단 (National Science Foundation)이 자금을 지원하며, 오하이오 주 (Ohio State)는 기술 개발에 대한 라이센스를 추가로 개발할 예정이다.

그때까지, Volakis는 프로젝트의 다음 단계를위한 쇼핑 목록을 만들고 있습니다.

"우리는 더 큰 봉제 기계를 원한다"고 말했다.

원래 기사는 iconnect007에서 온다.