Рукав как экран: учёные научили одежду светиться и откликаться на касания
Одежда, которая показывает видео, и прикосновения к которой мгновенно отзываются светом, перестала быть фантастикой. Инженеры из Сингапура сплели ткань из светящихся сенсорных нитей, и теперь она сама служит экраном. Рукав растягивается при движении, дышит, а в стиральной машине ведёт себя как обычный текстиль.
Привычные графические интерфейсы строятся на плоских жёстких экранах, а ткань сплетена из гибких одномерных нитей. Прежние текстильные дисплеи обычно представляли собой двумерные панели или редко расставленные световые модули, закреплённые на материи. Из-за этого ткань теряла мягкость и растяжимость либо получала низкую плотность пикселей. Существовали и светящиеся нити, но, как отмечают эксперты, они, как правило, тусклые, медленно реагируют на команды и требуют высокого напряжения. Кроме того, они не позволяют просто управлять каждым пикселем по отдельности. Авторы исследования сняли противоречие между плоской электроникой и одномерными волокнами: они собрали интерфейс целиком из гибкой пряжи, которая чувствует касания и излучает свет.
Технология изготовления масштабируема. Сначала лазером удаляют изоляцию в отдельных точках тонких, как волос, медных проволок, уложенных параллельно. К оголённым участкам крепят крошечные светодиодные чипы с помощью припоя, который соединяется только с зачищенной медью. Так удаётся с высокой точностью подключить тысячи чипов. Заготовку помещают в прозрачную пластиковую трубку размером 20 на 18 на 200 миллиметров: проволоки — в один продольный канал, а в другой — две полосы сжимаемого электропроводящего полимера, чувствительного к давлению. Затем конструкцию нагревают и вытягивают, и площадь её сечения резко уменьшается, а взаимное расположение элементов сохраняется. Чтобы чипы не разворачивались при вытяжке, исследователи применили специальную воронку. В итоге получаются волокна длиной до десяти метров. При нажатии полимер сжимается, его электрические свойства меняются, и волокно мгновенно определяет точку касания и зажигает ближайшие к ней чипы.
Из 54 таких волокон, каждое из которых несёт по 96 чипов, учёные связали текстильный дисплей. Каждое волокно образует отдельную строку и управляется независимо, поэтому экран обновляется достаточно быстро для воспроизведения видео и распознаёт несколько одновременных касаний. Тем же способом изготовили волокна с микрофоном, динамиком, датчиками температуры и света. Добавив одно из них к светящимся нитям, авторы получили рукав, который воспроизводит звук и видео, обменивается данными по беспроводной связи и выполняет вычисления. Он дышит, свободно растягивается при движении, пережил 50 стирок в деликатном режиме и 1000 циклов изгиба без потери работоспособности.
Главное достижение работы — восходящий подход: функциональность закладывается прямо в волокна, а уже из них собирают ткань, не жертвуя её естественными свойствами. Если нити окажутся совместимы с промышленным ткачеством, вязанием и вышивкой, электронные текстильные изделия можно будет делать практически любой формы и размера. Пока возможности интерфейса сопоставимы с первыми смартфонами и планшетами, а прототип зависит от отдельных микроконтроллеров, подключённых кабелями, и внешних аккумуляторов. Дальнейшие исследования должны сделать управляющую электронику встроенной и добавить гибкие нити, вырабатывающие энергию из тепла и движений тела. Но уже сейчас одежда выглядит не просто поверхностью для крепления гаджетов, а самостоятельным интерфейсом.
