Broderie des yeux des chercheurs aussi faible

La broderie de fils générateurs d'énergie sur le tissu a permis aux chercheurs d'intégrer un pavé tactile numérique auto-alimenté et des capteurs de mouvement dans les vêtements.La technique offreune méthode potentielle peu coûteuse et évolutive pour fabriquer des appareils portables.

"Notre technique utilise la broderie, ce qui est assez simple - vous pouvez coudre nos fils directement sur le tissu", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Rong Yin, professeur adjoint d'ingénierie textile, de chimie et de sciences à la North Carolina State University. "Pendant la production de tissu, vous n'avez pas besoin de vous soucier des appareils portables. Vous pouvez intégrer les fils générateurs d'énergie après la confection du vêtement."

Dans l'étude publiée dans Nano Energy, les chercheurs ont testé plusieurs modèles de fils générateurs d'énergie. Pour les rendre suffisamment durables pour résister à la tension et à la flexion du processus de couture de broderie, ils ont finalement utilisé ensemble cinq fils de cuivre disponibles dans le commerce, qui avaient un fin revêtement en polyuréthane. Ensuite, ils les cousaient sur du tissu de coton avec un autre matériau appelé PTFE.

"Il s'agit d'une méthode peu coûteuse pour fabriquer des appareils électroniques portables à l'aide de produits disponibles dans le commerce", a déclaré Yin. "Les propriétés électriques de nos prototypes étaient comparables à d'autres conceptions qui reposaient sur le même mécanisme de génération d'énergie."

Les chercheurs se sont appuyés sur une méthode de génération d'électricité appelée "effet triboélectrique", qui consiste à exploiter les électrons échangés par deux matériaux différents, comme l'électricité statique. Ils ont découvert que le tissu PTFE présentait les meilleures performances en termes de tension et de courant lorsqu'il était en contact avec les fils de cuivre recouverts de polyuréthane, par rapport aux autres types de tissus qu'ils ont testés, notamment le coton et la soie. Ils ont également testé le revêtement des échantillons de broderie au plasma pour augmenter l'effet.

"Dans notre conception, vous avez deux couches - l'une est vos fils de cuivre conducteurs recouverts de polyuréthane et l'autre est en PTFE, et ils ont un espace entre eux", a déclaré Yin. "Lorsque les deux matériaux non conducteurs entrent en contact l'un avec l'autre, un matériau perdra des électrons et certains en obtiendront. Lorsque vous les relierez, il y aura un courant."

Les chercheurs ont testé leurs fils comme capteurs de mouvement en les brodant avec du tissu PTFE sur du denim. Ils ont placé les patchs de broderie sur la paume, sous le bras, au coude et au genou pour suivre les signaux électriques générés par les mouvements d'une personne. Ils ont également attaché du tissu avec leur broderie sur la semelle intérieure d'une chaussure pour tester son utilisation comme podomètre, trouvant que leurs signaux électriques variaient selon que la personne marchait, courait ou sautait.

Enfin, ils ont testé leurs fils dans un clavier numérique à base de textile sur le bras, qu'ils ont fabriqué en brodant des chiffres sur un morceau de tissu de coton et en les attachant à un morceau de tissu PTFE. Selon le numéro que la personne a appuyé sur le clavier, elle a vu différents signaux électriques générés pour chaque numéro.

"Vous pouvez broder nos fils sur des vêtements, et lorsque vous vous déplacez, cela génère un signal électrique, et ces signaux peuvent être utilisés comme capteur", a déclaré Yin. "Lorsque nous mettons la broderie dans une chaussure, si vous courez, cela génère une tension plus élevée que si vous ne faisiez que marcher. Lorsque nous cousons des chiffres sur du tissu et que nous les pressons, cela génère une tension différente pour chaque chiffre. Cela pourrait être utilisé comme interface."

Comme les produits textiles seront inévitablement lavés, ils ont testé la durabilité de leur motif de broderie lors d'une série de tests de lavage et de frottement. Après avoir lavé à la main et rincé la broderie avec un détergent et l'avoir séchée au four, ils n'ont trouvé aucune différence ou une légère augmentation de la tension. Pour le prototype recouvert de plasma, ils ont trouvé des performances affaiblies mais toujours supérieures par rapport à l'échantillon d'origine. Après un test d'abrasion, ils ont constaté qu'il n'y avait aucun changement significatif dans les performances de sortie électrique de leurs conceptions après 10 000 cycles de frottement.

Dans les travaux futurs, ils prévoient d'intégrer leurs capteurs à d'autres appareils pour ajouter plus de fonctions.

"La prochaine étape consiste à intégrer ces capteurs dans un système portable", a déclaré Yin.

L'étude, "Fil et broderie triboélectriques flexibles, durables et lavables pour la détection autonome et l'interaction homme-machine", a été publiée en ligne dans Nano Energy. Les co-auteurs comprenaient Yu Chen, Erdong Chen, Zihao Wang, Yali Ling, Rosie Fisher, Mengjiao Li, Jacob Hart, Weilei Mu, Wei Gao, Xiaoming Tao et Bao Yang. Le financement a été fourni par la North Carolina State University par le biais du NC State Faculty Research & Professional Development Fund et du programme NC State Summer REU.

- Ce communiqué de presse a été fourni par la North Carolina State University