Революция носимой электроники: появляющийся «костюм силы» для мониторинга здоровья и генерации энергии

Знаете ли вы, что интеграция наноматериалов, производства и тканей для одежды находится на пороге создания принципиально нового носимого «костюма силы», способного мониторить пациентов или генерировать энергию — среди бесчисленных других возможностей?

Четыре института Manufacturing USA в сотрудничестве с центрами NIST MEP играют жизненно важную роль в этой отрасли и её цепочке поставок, опираясь на коммерческие и технические разработки, которые можно быстро применить в этой новой сфере.

По мере ускоренного развития наноматериалов выявляется всё больше приложений, интегрирующих высокотехнологичные устройства с вековыми продуктами. Одно из таких приложений в гардеробной индустрии — новый тренд, известный как Power Suits (костюмы силы).

Сбор энергии (Energy Harvesting)

Сбор энергии — процесс получения энергии из внешних источников (солнечная, тепловая, ветровая, соленостные градиенты, кинетическая — также известная как окружающая энергия), её захвата и хранения для малых беспроводных автономных устройств, как в носимой электронике и беспроводных сенсорных сетях. На микро- и миллиамперном уровне эта практика набирает важность по мере разработки устройств с очень низкими энергопотребностями. Это область интереса для текстильного сектора именно в контексте превращения «движения» в энергию.

Потенциальные приложения в этой отрасли могут быть меняющими жизнь.

Обнаружение падения пожилого человека, питание кардиостимуляторов или других имплантов, встраивание GPS-устройств в одежду для туристов или поиска дезориентированных больных Альцгеймера — лишь некоторые возможности¹. Передача основана на двух хорошо известных явлениях: пьезоэлектрическом и трибоэлектрическом эффектах. Пьезоэлектрические эффекты связывают электрические сигналы и механическую силу, в то время как трибоэлектрические — собирают противоположные заряды на двух разных материалах при их контакте.

Роль институтов Manufacturing USA и центров MEP

Power Suits и другие высокотехнологичные одежды требуют коммерческих и технологических разработок в четырех высокоинтегрированных областях: гибкие датчики, «умное» использование данных, силовая электроника и ткани. Эти направления в фокусе недавно созданных институтов Manufacturing USA:

Миссия PowerAmerica — разработать передовые производственные процессы для массового производства полупроводников с широкой запрещенной зоной (WBG), позволяющих электронным компонентам быть меньше, быстрее и эффективнее кремниевых.

NEXTFLEX фокусируется на новой эре производства гибких гибридных электроник (FHE), катализируя экосистему США для коммерциализации технологий через инвестиции в масштабирование материалов FHE, обработку утонченных устройств, печать и упаковку интегрированных датчиков/устройств, инструменты системного проектирования, тестирование надежности и моделирование.

The Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute объединяет консорциум из почти 200 партнеров из академии, индустрии и некоммерческих организаций из более чем 30 штатов, чтобы стимулировать достижения в умных датчиках и цифровых контролях процессов, которые могут радикально улучшить эффективность передовых производств США.

Национальная некоммерческая организация, поддерживаемая индустрией, академией, правительством и венчурным капиталом, институт Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) ускорит массовую коммерциализацию высокофункциональных тканей. Это включает недавние прорывы в волокнистых материалах и производственных процессах, которые скоро позволят проектировать и производить ткани, которые видят, слышат, чувствуют, коммуницируют, хранят и конвертируют энергию, регулируют температуру, мониторят здоровье и меняют цвет — заря «тканевой революции».

Ключевым элементом для внедрения и принятия этих новых технологий производителями по всей США является пилотный проект Embedding MEP in Manufacturing USA Institutes, начавшийся в 2016 году. Основные цели пилота:

• повысить осведомленность малых американских производителей о фокусных областях и ресурсах институтов Manufacturing USA;
• обеспечить участие малых производителей в процессах и деятельности, информирующих и развивающих исследовательские повестки институтов;
• увеличить участие малых производителей в исследованиях институтов Manufacturing USA; и
• обеспечить переход результатов исследований институтов к малым производителям для реализации.

Только начало

Разработка power suits едва царапает поверхность возможных достижений при интеграции физических явлений, наноматериалов и принятии новых технологий. Коммерческое производство передовых продуктов требует цепочек поставок, интегрирующих новые технологические разработки и процессы. Через сотрудничество институтов Manufacturing USA и центров MEP производители смогут получать доступ к рынкам, которые иначе были бы недоступны, принося инновационные продукты потребителям.

Если вы заинтересованы в подробностях этих разработок, свяжитесь с локальным центром MEP или штаб-квартирой NIST MEP по телефону 301-975-0413.

---

^1. «Nanotechnology could bring us a whole new "power suit", CEN.ACS.ORG, January 16, 2017, P15-17.