Исследователи встраивают датчики контроля жизненно важных функций в одежду

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали метод, позволяющий встраивать датчики в эластичные ткани одежды, что позволяет отслеживать жизненно важные показатели, такие как температура, дыхание и частота сердечных сокращений, в течение дня. Кроме того, эту облегающую одежду и одежду со встроенными датчиками можно стирать в стиральной машине.

Исследователи заявили, что эту одежду можно использовать для удаленного отслеживания состояния здоровья пациента, от тех, кто болеет дома или в больнице, до наблюдения за физической активностью спортсмена. Это также может быть полезно для телемедицины, что особенно полезно сейчас, во время пандемии COVID-19, для врачей, которые все чаще общаются с пациентами удаленно.

«У нас могут быть любые коммерчески доступные электронные компоненты или электроника, изготовленная на заказ в лаборатории, встроенная в текстильные изделия, которые мы носим каждый день, что позволяет создавать удобную одежду», - сказал Канан Дагдевирен, доцент кафедры медиаискусств и наук в Массачусетском технологическом институте в компании LG Electronics. заявление. «Их можно настраивать, поэтому мы можем изготавливать одежду для всех, кому нужны физические данные о своем теле, такие как температура, частота дыхания и т. Д.»

Одежда работает путем сжатия, сенсоры касаются кожи. Датчики снимаются с эластичного материала, и одежду можно стирать с помощью встроенных в них датчиков.

Согласно статье исследователей, опубликованной в научном журнале Nature, эту текстильную платформу можно настроить в различных формах, размерах и функциях с использованием стандартных высокопроизводительных технологий текстильного производства и создания моделей одежды. Подобно компрессионной рубашке, эластичный костюм, соответствующий текстилю, (E-TeCS), как его называют исследователи, обеспечивает контакт между электроникой и кожей с давлением около 25 мм рт. По словам исследователей, это обеспечивает физический комфорт и повышает точность считывания показаний датчиков на коже.

Костюм (одежда) сшит из специальной ткани, которая может быть интегрирована с различными датчиками и соединяться между собой в виде гибких растягивающихся электронных полос. Текстильная платформа состоит из каналов или карманов для плетения этих электронных полос.

По словам исследователей, микросхемы датчиков и межсоединения разрабатываются с использованием двухслойных промышленных гибких печатных плат (PCB) с дополнительными этапами сборки и инкапсуляции микросхем и пассивных компонентов термопластичным полиуретаном (TPU) (TE-11C, Dupont) и моющийся герметик (PE773, Dupont).

E-TeCS может определять температуру кожи с точностью до 0,1 ° C и 0,01 ° C, а также частоту сердечных сокращений и дыхание с точностью до 0,0012 м / с ² благодаря механоакустическому инерционному зондированию.

Исследователи также обнаружили, что электроника из трикотажного текстиля может быть растянута на 30% за 1000 циклов растяжения без значительного ухудшения механических и электрических характеристик.

По словам исследователей, одежда представляет собой идеальную платформу для интеграции электроники для отслеживания физиологических процессов через кожу. Таким образом, электронные устройства, интегрированные в текстиль, могут предложить несколько преимуществ, например повышенную мобильность и комфорт для пользователей.

Исследователи отметили, что были предприняты различные попытки интегрировать электронику в текстиль; однако многие из них не масштабируются для измерения большой площади и не допускают «растяжимости для применения датчика контакта с кожей для электронных костюмов», и большинство из них измеряют только один параметр в конкретном месте контакта.

Исследователи Массачусетского технологического института разработали технику, которая объединяет тонкие, настраиваемые и подходящие электронные устройства, включая соединительные линии и стандартные ИС, с пластиковыми подложками, которые могут быть вплетены в трикотажные ткани с использованием производственного подхода с высокой производительностью. Подобно компрессионной одежде, он обеспечивает контакт электроники с кожей.

Чтобы продемонстрировать технологичность, исследователи спроектировали и изготовили семь различных модулей:четыре модуля измерения температуры, один модуль инерционного измерения и два модуля межсоединения. В них помещается 66 датчиков температуры и 20 соединительных планок на гибкой плате размером 25 × 27,5 см (FPCB, KingCredie).

Что касается архитектуры сенсорной сети, встроенной в фабрику, каждый сенсор может быть соединен друг с другом межсоединениями по горизонтали, где сигнал собирается внешним уровнем, который состоит из модуля Bluetooth Low Energy (BLE), микропроцессора, и источник питания.

Команда разработала прототип рубашки, чтобы продемонстрировать масштабируемость ткани, интегрированной с датчиками. По словам исследователей, он показывает возможность производства рулонных материалов со встроенными датчиками, которые можно разрезать, соединять и адаптировать для различных нужд и областей применения.

Команда планирует разработать другие типы одежды, такие как брюки, и включить дополнительные датчики для мониторинга других показателей здоровья, таких как уровень кислорода в крови.

Чтобы узнать больше об исследованиях и технологиях, посмотрите видео исследователей ниже.

>> Предыдущая версия этой статьи изначально была опубликована на нашем дочернем сайте Electronic Products.