E-kankaat (tunnetaan myös termillä "elektroniikkakangas" tai "älykangas " ) - elektroniikkaa sisältävä tekstiilityyppi (mukaan lukien pienet tietokoneet ), joissa käytetään digitaalitekniikkaa . Monen tyyppiset huipputekniset, älykkäät vaatteet sekä niiden valmistuksessa käytetyt tekniikat sisältävät elektronisia tekstiilejä.
Elektroniset tekstiilit tulisi erottaa puetettavista tietokoneista , jotka on upotettu vaatekomponentteihin, koska painopiste on elektronisten komponenttien, kuten mikrotietokoneiden , antureiden tai kytkimien, saumattomassa integroinnissa kankaisiin.
Tällaisia teknologioita yhdistetään yleistermillä Fibertronics ( eng. fiber - fibers ja electorincs - electronics ). Tämä tieteenala käsittelee elektroniikan mahdollisuuksien soveltamista kankaiden valmistuksessa.
Elektronisten tekstiilien, johtavien langoiden ja kankaiden luomiseen tarvittavat perusmateriaalit ovat olleet olemassa yli 1000 vuotta. Erityisesti käsityöläiset ovat käärineet ohutta metallikalvoa, yleisimmin kultaa ja hopeaa, kangaslankojen ympärille vuosisatojen ajan [1] . Esimerkiksi monet kuningatar Elisabet I :n mekot oli brodeerattu kultalangalla .
1800-luvun lopulla, kun ihmiset kehittyivät ja tottuivat sähkölaitteisiin, suunnittelijat ja insinöörit alkoivat yhdistää sähköä vaatteisiin ja koruihin kehittäen sarjan valoisia ja moottoroituja kaulakoruja, hattuja, rintakoruja ja pukuja [2] [3] . Esimerkiksi 1800-luvun lopulla henkilö saattoi palkata nuoria naisia, jotka olivat pukeutuneet vaaleisiin iltapukuihin Electric Girl Lighting Companysta, järjestämään cocktailtilaisuuksia [4] .
Vuonna 1968 New Yorkin Museum of Modern Craft järjesti uraauurtavan näyttelyn nimeltä "Body Cover", joka tutki tekniikan ja vaatteiden välistä suhdetta. Show esitteli astronautien avaruuspukuja sekä vaatteita, jotka voivat ilmaantua ja tyhjentyä, syttyä tuleen, kuumentaa ja jäähtyä [5] . Erityisen huomionarvoista tässä kokoelmassa on Diana Dew, suunnittelija, joka loi elektronisen muotisarjan, joka sisälsi elektroluminesoivia iltapukuja ja vöitä, jotka saattoivat lähettää hälytyssireenejä [6] .
Vuonna 1985 keksijä Harry Wainwright loi ensimmäisen täysin animoidun collegepaidan. Paita koostui valokuidusta, langoista ja mikroprosessorista yksittäisten animaatiokehysten ohjaamiseksi. Tämän seurauksena paidan pinnalle ilmestyi täysivärinen sarjakuva. Vuonna 1995 Wainwright keksi ensimmäisen koneen, joka prosessoi kuituoptiikkaa tekstiileiksi, mikä on prosessi, jota tarvitaan massamarkkinatuotannossa, ja vuonna 1997 hän palkkasi saksalaisen konesuunnittelijan Herbert Selbachin Selbach Machinerystä valmistamaan maailman ensimmäisen CNC-koneen, joka pystyy automaattisesti istuttamaan kuituoptiikkaa mikä tahansa joustava materiaali. Ensimmäiset tusinasta LED-/optisiin näyttöihin ja laitteistoihin perustuvista patenteista saatiin vuonna 1989, ja ensimmäiset CNC-koneet otettiin tuotantoon vuonna 1998, alkaen Disney Parks -animaatiotakeista vuonna 1998. Ensimmäiset LED-/optisia näyttöjä käyttävät biofyysisen näytön EKG-vaipat loivat Wainwright ja David Bychkov, Exmoveren silloinen toimitusjohtaja vuonna 2005 käyttämällä GSR-antureita kellossa, joka oli yhdistetty Bluetoothin kautta sisäänrakennettuun konepestävään näyttöön farkkutakissa. esiteltiin Smart Fabrics -konferenssissa Washington DC:ssä 7. toukokuuta 2007. Wainwright esitteli muita älykkäitä kangasteknologioita kahdessa Flextech-joustonäytön konferenssissa, jotka pidettiin Phoenixissa, Arizonassa, ja joissa esiteltiin kankaisiin upotettuja infrapuna-digitaalisia näyttöjä IFF:lle ( Identify Friend or Foe ), jotka BAE Systems toimitti arvioitavaksi vuonna 2006 ja sai NASA:n Honorable Mention -palkinto vuonna 2010 heidän teknisistä abstrakteistaan, Future Design -kilpailusta. MIT:n henkilökunta osti useita täysin animoituja takkeja tutkijoilleen käytettäväksi mielenosoituksissa vuonna 1999 kiinnittääkseen huomion "Wearable Computer" -tutkimukseensa. Wainwright määrättiin puhumaan tekstiili- ja koloristikonferenssissa Melbournessa, Australiassa 5. kesäkuuta 2012, jossa häntä pyydettiin esittelemään kangasluomuksiaan, jotka muuttavat väriä millä tahansa älypuhelimella, osoittavat soittajat matkapuhelimissa ilman digitaalista näyttöä ja sisältävät Wi:n. -Fi turvaominaisuudet Fi, joka suojaa lompakot ja henkilökohtaiset tavarat varkauksilta.
1990-luvun puolivälissä Steve Mannin , Tad Starnerin ja Sandy Pentlandin johtama MIT-tutkijoiden ryhmä alkoi kehittää puettavia tietokoneita . Nämä laitteet koostuivat perinteisistä tietokonelaitteistoista, jotka oli kiinnitetty vartaloon ja ollut päällä. Vastauksena näiden tutkijoiden kohtaamiin teknisiin, sosiaalisiin ja suunnittelun haasteisiin toinen MIT:n ryhmä, mukaan lukien Maggie Orth ja Remy Post, alkoi tutkia, kuinka tällaiset laitteet voitaisiin integroida tyylikkäämmin vaatteisiin ja muihin pehmeisiin alustoihin. Muun muassa tämä ryhmä tutki digitaalisen elektroniikan integrointia johtaviin kudoksiin ja kehitti menetelmän elektronisten piirien kirjoamiseen [7] [8] . Yksi ensimmäisistä kaupallisesti saatavilla olevista Arduino-pohjaisista puetettavista mikro-ohjaimista, nimeltään Lilypad Arduino, loi myös MIT Media Labissa Leah Buchley.
Muotitalot, kuten CuteCircuit, käyttävät e-tekstiilejä huippumuotikokoelmissaan ja erikoisprojekteissaan. CuteCircuit-halauspaidassa käyttäjä voi lähettää elektronisia halauksia vaatteiden sisällä olevien antureiden kautta.
Elektronisten komponenttien ja kankaiden integrointia on kahdenlaisia:
Elektroniikkatekstiilit ovat pääasiassa johtavia lankoja, tekstiilejä ja kankaita, kun taas toinen puoli tavarantoimittajista ja valmistajista käyttää johtavia polymeerejä, kuten polyasetyleeniä ja polyfenyleenivinyleeniä) [11] .
Suurin osa e-tekstiilien tutkimus- ja kaupallisista projekteista on hybridejä, joissa tekstiiliin upotetut elektroniset komponentit yhdistetään klassisiin elektroniikkalaitteisiin tai komponentteihin. Joitakin esimerkkejä ovat kosketuspainikkeet, jotka on valmistettu kokonaan tekstiilimuodossa johtavia tekstiilikudoksia käyttäen, jotka sitten liitetään laitteisiin, kuten musiikkisoittimiin tai LEDeihin, jotka on asennettu kudottuihin johtaviin kuituverkkoihin näyttöjen muodostamiseksi [12] .
Painettuja antureita sekä fysiologista että ympäristön seurantaa varten on integroitu tekstiileihin [13] , mukaan lukien puuvilla [14] , Gore-Tex [15] ja neopreeni [16] .
Älykäs tekstiilikangas voidaan valmistaa materiaaleista, jotka vaihtelevat perinteisestä puuvillasta, polyesteristä ja nylonista moderniin kevlariin sisäänrakennetuilla ominaisuuksilla. Tällä hetkellä sähköä johtavat kankaat ovat kuitenkin kiinnostavia. Sähköä johtavia kankaita on valmistettu kerrostamalla metallinanohiukkasia kudottujen kuitujen ja kankaiden ympärille. Tuloksena olevat metallikankaat ovat johtavia, hydrofiilisiä ja niillä on suuri sähköaktiivinen pinta-ala. Nämä ominaisuudet tekevät niistä ihanteellisia substraatteja sähkökemialliseen biosensointiin, mikä on osoitettu DNA:n ja proteiinien havaitsemisessa [17] .
Terveyden seurantaan on kehitetty ja tutkittu kahdenlaisia älytekstiili- (kangas)tuotteita: kangas, jossa on tekstiilipohjainen kosketuselektroniikka ja kangas, joka peittää perinteisen kosketuselektroniikan. On osoitettu, että kudontaa voidaan käyttää liittämään sähköä johtava lanka kankaaseen, jolloin saadaan kangas, jota voidaan käyttää "puettavana emolevynä". Se voi yhdistää useita kehon antureita, kuten märkägeeli-EKG-elektrodeja, signaalinkeräyselektroniikkaan. Uusimmat tutkimukset ovat osoittaneet, että johtavilla filamenteilla voi olla tärkeä rooli tekstiilipohjaisten antureiden valmistuksessa, jotka on valmistettu kankaasta tai metalliverkoista, jotka on päällystetty hopealla tai kankaaseen kudottuilla johtavilla metallisydämillä.
Tutkimuksessa on olemassa kaksi laajaa lähestymistapaa vaatteiden valmistamiseen EKG-anturielektrodeilla:
Kuten klassisessa elektroniikassa, elektronisten ominaisuuksien luominen tekstiilikuiduilla vaatii johtavien ja puolijohtavien materiaalien, kuten johtavien tekstiilien, käyttöä. Nykyään on olemassa useita kaupallisia kuituja, jotka sisältävät metallikuituja sekoitettuna tekstiilikuitujen kanssa johtavien kuitujen muodostamiseksi, jotka voidaan kutoa tai silloittaa [19] . Koska metallit ja klassiset puolijohteet ovat kuitenkin jäykkiä materiaaleja, ne eivät sovellu hyvin tekstiilikuitukäyttöön, koska kuidut altistuvat voimakkaalle venymiselle ja taipumiselle käytön aikana.
Yksi tärkeimmistä e-tekstiilien ongelmista on, että kuitujen tulee olla pestäviä. Siksi sähkökomponentit on eristettävä pesun aikana vaurioiden estämiseksi [20] .
Uusi elektroniikkamateriaalien luokka, joka soveltuu paremmin elektroniikkatekstiileihin, on orgaanisten elektronisten materiaalien luokka, koska ne voivat olla sekä johtavia että puolijohtavia ja ne valmistetaan musteen ja muovin muodossa.
Joitakin edistyneempiä ominaisuuksia, jotka on osoitettu laboratoriossa, ovat: