Smart tekstil

De smarte tekstilene , engelske smarte tekstiler , også funnet under navnet e-tekstiler til elektroniske tekstiler , er tekstiler som er i stand til å fange og analysere et signal for å svare på en passende måte. De kan derfor beskrives som tekstiler som er i stand til å reagere "alene" ved å tilpasse seg miljøet. Disse tekstilene kan derfor inneholde datamaskiner , digitale eller elektroniske komponenter , men også innovative polymermaterialer som formhukommelsespolymerer eller kromiske materialer med fargeskiftende egenskaper, samt fibre og materialer. Bruken av smarte tekstiler finner du innen klær, møbler og tekniske tekstiler. Smarte tekstiler for klær eller "smarte klær" er en del av det brede feltet "  bærbar teknologi  " ( Cell Technologies ). Smarte klær har en tilleggsfunksjon til klærne.

Studiefeltet av "fibretronics" ( fibertronics ) utforsker hvordan elektroniske og datafunksjoner kan integreres i tekstilfibre.

Historisk

I de fleste tilfeller krever smarte tekstiler energiinngang og en energiledende struktur for å fungere: dette er for eksempel alle smarte tekstiler som bruker elektroniske komponenter. Ledende materialer egnet for tekstilkonstruksjoner, som ledende garn og tekstiler, har vært tilgjengelige i over 1000 år. Noen håndverkere pakket for eksempel tynne metallfolier, ofte i gull og sølv, rundt stofftråder for århundrer siden. Flere kjoler fra Elizabeth I av England er for eksempel brodert med tråder innpakket i gull.

Dette er imidlertid bare slutten av XIX th  århundre, med utvikling og tilvenning av folk til elektriske apparater, designere og ingeniører begynte å kombinere elektrisitet med klær og smykker, utvikle en serie av opplyste og motoriserte halskjeder, hatter, brosjer og kostymer. På slutten av 1800-tallet hadde for eksempel ansatte i Electric Girl Lighting Company aftenkjoler drysset med lys for å gi underholdning på cocktailfester.

I 1968 organiserte Museum of Contemporary Craft i New York City en banebrytende utstilling kalt Body Covering som fokuserte på forholdet mellom teknologi og klær. Showet inneholdt astronautenes romdrakter med klær som kunne blåses opp og tømme, belyse, varme opp og kjøle seg selv. Spesielt merkbart i denne samlingen er arbeidet til Diana Dew, en designer som opprettet en elektronisk motelinje, med elektroluminescerende aftenkjoler og belter som kan gi alarmsirener.

På midten av 1990-tallet begynte et team av forskere fra MIT ledet av Steve Mann , Thad Starner og Sandy Pentland å utvikle det de kalte wearable computer (in) ( wearable computer ). Disse enhetene består av tradisjonell datamaskinvare festet til og brukt av kroppen. Som svar på de tekniske og samfunnsmessige utfordringene fra disse forskerne, begynte en annen gruppe ved MIT, bestående av Maggie Orth og Rehmi Post, å utforske hvordan disse enhetene kunne integreres mer elegant i klær og andre fleksible underlag. Blant annet utviklet dette teamet integrasjonen av digital elektronikk med ledende tekstiler og utviklet en metode for brodering av elektroniske kretser.

På 2000-tallet så de første suksessene med smarte tekstiler. Den spektakulære veksten av transportable teknologier (telefoner, datamaskiner, deretter smarttelefoner, nettbrett) åpner veien for stadig mer bærbare gjenstander som kommer nærmere og nærmere kroppen (spesielt smarte klokker). Smarte klær blir et stadig mer populært tema av interesse for allmennheten.

Klassifisering

Den vanlig anerkjente klassifiseringen for smarte tekstiler skiller seg ut:

• passive etterretningssystemer som er i stand til å oppdage en endring i deres miljø
• aktive intelligenssystemer som er i stand til å oppdage og reagere på en stimulus;
• veldig intelligente systemer, utstyrt med kapasitet for memorisering og "læring".

Smarte tekstiler som inneholder elektroniske komponenter, kan deles inn i to hovedkategorier:

• smarte tekstiler med konvensjonelle elektroniske enheter som ledere, integrerte kretser , lysdioder og konvensjonelle batterier integrert i klær;
• intelligente tekstiler med elektronikk integrert direkte i tekstilsubstratene. Disse kan enten være passiv elektronikk som ledere og motstander eller aktive komponenter som transistorer, dioder og solceller .

Smarte tekstiler finnes ikke bare i form av tøy, stoff eller netting, men kan også ha form av garn eller fiber.

applikasjoner

Fra fiber til klær er omfanget av smarte tekstiler veldig bredt.

Fiberelektronikk

Som i klassisk elektronikk krever implementeringen av elektroniske funksjoner i tekstilfibre bruk av ledende og halvledermaterialer, for eksempel et ledende stoff I dag leder ledende stoffer dannet av en blanding av tradisjonelle tekstilfibre og metallfibre (sølv, kobber ...) kan bli funnet kommersielt. Disse stoffene er enkle å håndtere og kan broderes eller sys.

En av de viktigste sakene innen e-tekstil er at fibrene må lages på en slik måte at de er vaskbare, som klær som må vaskes når de er skitne. Og det er nødvendig at de elektriske komponentene er isolerende når de vaskes.

En ny klasse av elektroniske materialer som er bedre egnet for e-tekstil er klassen av organiske elektroniske materialer , fordi de kan være ledere, halvledere og kan utformes som blekk og plast.

Noen av de mer avanserte funksjonene som er demonstrert i laboratoriet inkluderer:

• Organiske fibertransistorer: transistorer er integrert i fibrene, for eksempel i form av en elektrokjemisk transistorkabel (WECT, eller Wire Electrochemical Transistor) der monofilamenttekstil kan dekkes med et tynt lag polytiofen, en ledende polymer, dette som utgjør de første transistorer i tekstilfibre, helt kompatible med fremstilling av tekstiler og som ikke inneholder metaller.
• Organiske solceller på fibre: der ledende polymerer kombineres med tynne lag med sølv.

Smarte klær

Eksempler på applikasjoner av smarte tekstiler i klesindustrien:

• Oppvarmede og avkjølende klær ved bruk av formminnematerialer eller ledende ledninger og varmemotstander
• Kommuniserende klær: integrering av dataoverføringssystemer (Bluetooth, wifi, etc.) i et plagg kan forvandle det til et nytt kommunikasjonsgrensesnitt. Integrasjonen av en fleksibel skjerm utvider mulighetene ytterligere ved å la brukeren vise tekster, meldinger eller videoer på klærne i henhold til humøret. Flere prototyper er allerede utviklet, inkludert OS by Cute Circuit T-skjorte med LED-skjerm.
• Klær til sportsbruk , med sensorer ( akselerometer , pulssensor, skritteller ), eller til og med et dataoverføringssystem som muliggjør en sammenligning av ytelsen med andre brukere av samme system.
• Klær som skifter farger: kromismens fenomener tillater estetiske anvendelser.
• Klær i tjenesten for e-helse , helseforebyggende verktøy eller alarmsentral i sanntid (akselerometer-sensorer integrert i tekstilfibre og som gjør det mulig å oppnå hjertefrekvensen og respirasjonssyklusen til brukeren, som sikrer overvåking av eldre mennesker personer med forskjellige sykdommer; hoftebelte for gravide kvinner, som oppdager fostrets bevegelser; hatter for å utføre elektroencefalogram for å oppdage risikoen for epileptisk anfall  ; UV- sensor på badedragsbad som bidrar til solbeskyttelse ...).

Tekniske tekstiler og møbler

Klær er ikke det eneste feltet tekstiler brukes i. Som et resultat er også smarte tekstiler nyttige for mange andre applikasjoner i tillegg til klær alene.

• Medisinske anvendelser: utstyr for måling av fysiologiske parametere, integrering av sensorer (hjertefrekvens, pustefrekvens, svette osv.), Funksjonelle tekstiler (antibakterielle midler, etc.), implanterbare tekstiler (veggforsterkning, proteser ..), tekstdroger (integrering av medisiner til tekstiler), vevde optiske fibertekstiler for fotodynamisk terapi
• Sikkerhet: Brannmannskapets utstyr kan forbedres med et system som integrerer interne (temperatur på overflaten av huden) og eksterne (omgivelsestemperatur) temperaturfølere og en alarm, for å advare brukeren når temperaturen blir for farlig
• Hobbyer: Taktile knapper er konstruert i sin helhet i form av tekstiler ved bruk av tekstilledere, som deretter kobles til perifert utstyr som musikkspillere.
• Display: tekstilen gir en veldig interessant mekanisk støtte for å danne fleksible skjermer, for eksempel ved å bruke lysdioder som er montert på nettverk av ledende fibre vevd for å danne skjermer
• Kommunikasjon: et dataoverføringssystem integrert i tekstilet lar deg alltid holde kontakten, selv på avstand. Denne typen system vil være spesielt nyttig for å overvåke pasienter hjemme, for eksempel: fysiologisk informasjon, kontinuerlig overført til sykehuset, vil tillate helseteamet å overvåke en pasient eksternt, mens den sistnevnte kan bli hjemme.
• Datalagring
• Militær: smarte tekstiler for militær bruk finner applikasjon ikke bare for klær, men også for telt, biler, vesker
• Overvåking: Elektrokjemiske sensorer og trykte biosensorer for både fysiologisk og miljøovervåking er integrert i tekstiler, inkludert elastisk eller i det marine miljøet.
• Møbler: dekorasjon er også et bruksområde for intelligente tekstiler. Electric Plaid utviklet av Maggie Orth i en MIT-oppstart, kan dermed endre farge takket være bruken av termokrome materialer som endrer farge ved å varme opp metalltrådene på stoffet.

Merknader og referanser

1. OL Shanmugasundaram, Smarte og intelligente tekstiler , The Indiant Textile Journal , februar 2008.
2. Harris, J., ed. Tekstiler, 5000 år: en internasjonal historie og illustrert undersøkelse. HN Abrams, New York, NY, USA, 1993.
3. Marvin, C. Når gamle teknologier var nye: Tenker på elektrisk kommunikasjon i slutten av det nittende århundre . Oxford University Press, USA, 1990.
4. Gere, C og Rudoe, J. Smykker i Age of Queen Victoria: Et speil til verden . British Museum Press, 2010
5. - Electric Girls , The New York Times ,26. april 1884, konsultert 23. oktober 2013.
6. Smith, P. Kroppsdekning. Museum of Contemporary Crafts, American Craft Council, New York, NY, 1968
7. De opprinnelige skaperne: Diana Dew , åpnet23. oktober 2013.
8. Post, R., Orth, M., Russo, P. og Gershenfeld, N . E-broderi: design og fabrikasjon av tekstilbasert databehandling. IBM Systems Journal 39, 3-4 (2000), 840–860.
9. Smarte stoffer og interaktiv tekstil som muliggjør brukbare personlige applikasjoner: FoU-teknologi og fremtidige utfordringer, 30. årlige internasjonale konferanse for IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2008, Vancouver, British Columbia, Canada
10. Fremtidens klær , det er ikke rakettvitenskap ,12. juli 2011, konsultert 11. februar 2014.
11. Direkte industri - Ledende vev - åpnet 25. oktober 2013
12. Elektromagnetisk feltskjerming og ledende stoffer - åpnet 25. oktober 2013
13. CNRS - Organisk elektronikk - åpnet 25. oktober 2013
14. ISORG - Organic Printed Electronics - åpnet 25. oktober 2013
15. Isère forsknings- og markedsføringsbyrå - Trykt elektronikk - Organisk elektronikk - Mot en ny elektronikkindustri? - konsultert 25. oktober 2013
16. University of California, Berkeley - Josephine B. Lee og Vivek Subramanian - Organic Transistors on Fiber: Et første skritt mot elektroniske tekstiler - åpnet 25. oktober 2013
17. Electronic Textiles: Fiber-Embedded Electrolyte-Gated Field-Effect Transistors for e-Textiles - Mahiar Hamedi, Lars Herlogsson, Xavier Crispin, Rebeca Marcilla, Magnus Berggren, Olle Inganäs - publisert 22. januar 2009 - åpnet 29. oktober 2013
18. Nature Materials - Mot vevd logikk fra organiske elektroniske fibre - Mahiar Hamedi1, Robert Forchheimer & Olle Inganäs - publisert 4. april 2007 - åpnet 29. oktober 2013
19. Science Vol. 324 nr. 5924 s.  232-235 - Solar Power Wires Based on Organic Photovoltaic Materials - Michael R. Lee, Robert D. Eckert, Karen Forberich, Gilles Dennler, Christoph J. Brabec, Russell A. Gaudiana - publisert 10. april 2009 - åpnet 29. oktober 2013
20. [Intelligent textiles, Robert R. Mather, Review of Progress in Coloration and Related Topics, 2001, 31 (1), side 36-41, http://doi.wiley.com/10.1111/j.1478- 4408.2001.tb00136.x ]
21. [OS T-skjorte http://cutecircuit.com/collections/t-shirt-os/ ]
22. Matthieu Combe, "  E-tekstiler til tjeneste for helsen din  " , på techniques-ingenieur.fr ,28. februar 2018.
23. "  Smarte klær for helse  " , på futura-sciences.com ,6. desember 2014.
24. "  En tilkoblet badedrakt for å unngå solbrenthet  " , på futura-sciences.com ,14. juni 2015.
25. Caroline David og Camille Beulque , Futurotextiles: overraskende tekstiler, design og kunst , Stichting Kunstboek,2012, 179  s. ( ISBN  978-90-5856-422-1 ) , s.  85
26. rosner | touch | mp3blue - åpnet 23. oktober 2013
27. Philips - Lysende tekstiler - Få rom i live - åpnet 25. oktober 2013
28. [Elektroniske tekstiler Bærbare datamaskiner, reaktiv mote og myk beregning, Joanna Berzowska, Textile, 2005, bind 3 (1), side 2-19]
29. Wearable Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review - Joshua Ray Windmiller, Joseph Wang - publisert 7. september 2012 - åpnet 25. oktober 2013
30. Royal Society of Chemistry - Tykkfilms tekstilbaserte amperometriske sensorer og biosensorer - Yang-Li Yang, Min-Chieh Chuang, Shyh-Liang Lou og Joseph Wang - publisert 22. mars 2010 - åpnet 25. oktober 2013
31. Royal Society of Chemistry - Bærbare elektrokjemiske sensorer for in situ analyse i marine miljøer - Kerstin Malzahn, Joshua Ray Windmiller, Gabriela Valdès-Ramírez, Michael J. Schöning og Joseph Wang - publisert 2. juni 2011 - åpnet 25. oktober 2013
32. [Stoffer og fibre: Chameleon Fabrics, P. Nolan, Fabric Architecture, 2004, 16 (1), side 67-69]

Se også

Relaterte artikler

• Teknisk tekstil
• Hexoskin
• Piezoelektriske klær

Bibliografi

• Elisabeth Frésard, Tekstilrevolusjonen, utover fantasi , Éditions LEP, 2005.
• Aurélie Mossé, Designe selvdrevne tekstiler for hjemmet , KADK, 2014.