Сенсорный экран впервые вшили в одежду — видео

В Колледже дизайна и инженерии Национального университета Сингапура разработали цифровое пиксельное волокно с определением касания. 54 таких волокна вшили в рукав свитера. Первый в мире графический интерфейс (GUI) одежды с сенсорным управлением описан в журнале Nature.

«Сделать это возможным позволило то, что мы собрали GUI из электронных „кирпичиков“ в форме волокон — похожих на обычную пряжу, но со сложной электроникой, встроенной прямо в волокно», — говорит инженер-материаловед Турал Худиев, руководивший исследованием.

Самым сложным было изготовление волокна. Авторы разработали программируемый метод, который выбирает точки подключения вдоль тонких изолированных проводов именно там, где нужен каждый микрочип. Лазер вскрывает изоляцию в нужных местах, а управляемое смачивание поверхности направляет расплавленный припой так, чтобы он схватывался только в заданных точках. Таким образом подключены более 5000 чипов через более чем 20 000 электрических соединений.

Полосу соединенных светодиодов встроили в многослойное волокно методом термической вытяжки — он позволяет точно формировать сенсорный слой и слой пикселей внутри нити толщиной всего в миллиметр и длиной 10 метров. Слой под светодиодами чувствует касание — нажатие замыкает цепь, и сигнал показывает, куда именно попал палец, так что загорается ближайший пиксель.

«Волокно имеет одномерную, аксиально симметричную геометрию, из-за чего сложную схему трудно строить методами, разработанными для обычной двумерной электроники. Мы обошли это ограничение с помощью новой архитектуры соединений, которая позволяет интегрировать и связывать тысячи микроэлектронных устройств вдоль одного волокна», — объясняет Худиев.

Прототип представляет собой свитер с сенсорным экраном в рукаве разрешением 96×54 пикселя, размером 168×105 мм, частотой обновления 30 кадров в секунду и 8-битной глубиной цвета.

У каждого волокна свой канал управления, поэтому сбой одной линии не мешает соседним работать нормально, а система может распознавать несколько касаний одновременно. Рядом с пиксельными волокнами вшиты периферийные волокна, изготовленные так же, — с микрофоном, динамиком и датчиками, которые отслеживают движение, геомагнитное поле, измеряют температуру и оценивают освещенность вокруг.

GUI умного текстиля умеет все, что было у смартфонов первых поколений: запускать калькулятор, показывать галерею фото, проигрывать видео с частотой 30 кадров в секунду (25 кадров в секунду при синхронизированном звуке), работать компасом, реагировать на голосовые команды и принимать изображения по Bluetooth. Изображение автоматически поворачивается и меняет яркость в зависимости от освещенности. Датчик температуры позволяет рукаву считывать и показывать температуру тела.

Умный текстиль с сенсорным GUI показал превосходную надежность — он выдержал 50 стирок с моющим средством в обычной стиральной машине и 1000 перегибов вокруг радиуса 5 мм. Ткань-экран дышит не хуже хлопка, полиэстера и денима и остается в пределах установленных норм безопасности для контакта с кожей.

Новая разработка еще глубже погружает нас в цифровую реальность — а ученые уже задумываются о перспективных применениях.

«Особенно многообещающее применение — здравоохранение. Одежда могла бы непрерывно собирать физиологическую информацию с помощью волоконных датчиков, обеспечивая ее немедленную выдачу и взаимодействие. В сочетании с искусственным интеллектом это могло бы обеспечить персонализированный мониторинг здоровья, обратную связь и помощь. Подобно тому как смартфоны породили приложения, которые трудно было вообразить при их появлении, GUI на одежде в конечном счете может открыть совершенно новые применения, которых пока не существует», — заключил инженер.