Исследователи создали волокно, которое одновременно работает как пиксель и распознаёт прикосновения. Из 54 таких волокон специалисты изготовили рукав с первым в мире сенсорным экраном, встроенным непосредственно в одежду. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Разработанный материал способен показывать изображения и видео, реагировать на нажатия пальцами и обмениваться данными с другими устройствами по беспроводной связи. При этом он сохраняет свойства обычной ткани: остаётся гибким, воздухопроницаемым и пригодным для стирки. По словам доцента Турала Худиева с кафедры материаловедения и инженерии Колледжа дизайна и инженерии Национального университета Сингапура, ключевым решением стало создание графического интерфейса из электронных компонентов, встроенных прямо в волокна.
Для производства материала команда разработала способ программируемого соединения микросхем с тонкими изолированными проводами. Лазер открывает заранее заданные участки, после чего расплавленный припой соединяет компоненты только в нужных местах. Благодаря этому учёные смогли разместить более 5 тысяч микросхем и выполнить свыше 20 тысяч электрических соединений.
Полученную систему цифровых светодиодов встроили в многослойное волокно методом термического вытягивания. Внутри нити толщиной около 1 миллиметра и длиной 10 метров разместились слои пикселей и сенсоров. При нажатии на волокно замыкается электрическая цепь, а система определяет место касания и включает ближайший пиксель. Новая архитектура соединений позволила разместить большое количество электронных устройств вдоль волокна, несмотря на его осесимметричную форму.
В прототипе 54 волокна с 96 светодиодами каждое сформировали на рукаве экран размером 168 на 105 миллиметров и разрешением 96 на 54 пикселя. Он обновляет изображение 30 раз в секунду и поддерживает 8-битную цветопередачу, а независимые каналы управления позволяют системе одновременно регистрировать несколько касаний. В рукав также встроили волокна с микрофоном, динамиком и датчиками движения, магнитного севера, температуры и освещённости.
Одежда может выполнять функции простых смартфонов: запускать калькулятор, показывать фотографии, воспроизводить видео, работать как компас, принимать голосовые команды и получать изображения по Bluetooth. Экран способен автоматически менять ориентацию и яркость, а расположенный под мышкой температурный сенсор измеряет и выводит на дисплей температуру тела. После 50 стирок в обычной машине и 1 тысячи сгибаний вокруг радиуса 5 миллиметров яркость и чувствительность почти не изменились; воздухопроницаемость экрана сопоставима со свойствами хлопка, полиэстера и денима, а безопасность контакта с кожей соответствует установленным нормам.
В перспективе более тонкие волокна и компактные микросхемы позволят создавать экраны с большей площадью и разрешением, используя стандартные промышленные машины для вязания, ткачества и вышивки. Технологию также планируют применять для контроля показателей здоровья и передачи тактильной обратной связи. «Здравоохранение — одно из особенно перспективных направлений», — отметил Худиев, добавив, что одежда сможет постоянно собирать физиологические данные и показывать их владельцу непосредственно через ткань.
Следующим этапом исследователи называют повышение разрешения, интеграцию новых сенсоров и внедрение искусственного интеллекта непосредственно в текстильную систему. По данным Национального университета Сингапура, учёные стремятся объединить в одной платформе дисплей, сенсорное управление, сбор данных и интеллектуальную обработку.