Умный текстиль чувствует, как двигаются их пользователи

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Используя новый процесс изготовления, исследователи Массачусетского технологического института создали умный текстиль, который плотно прилегает к телу и может чувствовать позу и движения пользователя.

Включив специальный тип пластиковой пряжи и слегка расплавив ее с помощью тепла (процесс, называемый термоформованием), исследователи смогли значительно повысить точность датчиков давления, вплетенных в многослойный трикотаж, который они называют 3DKnITS.

Они использовали этот процесс для создания «умной» обуви и коврика, а затем создали аппаратную и программную систему для измерения и интерпретации данных датчиков давления в режиме реального времени. Система машинного обучения предсказывала движения и позы йоги, выполняемые человеком, стоящим на умном текстильном коврике, с точностью около 99 процентов.

Их производственный процесс, в котором используются преимущества цифровой технологии вязания, позволяет быстро создавать прототипы и может быть легко масштабирован для крупномасштабного производства, говорит Ирманди Викаксоно, научный сотрудник Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи, представляющей 3DKnITS.

Этот метод может иметь множество применений, особенно в здравоохранении и реабилитации. Например, его можно использовать для производства умной обуви, которая отслеживает походку человека, который снова учится ходить после травмы, или носков, которые контролируют давление на стопу пациента с диабетом, чтобы предотвратить образование язв.

«Благодаря цифровому вязанию у вас есть свобода создавать свои собственные узоры, а также интегрировать датчики в саму структуру, поэтому она становится цельной и удобной, и вы можете разрабатывать ее с учетом формы вашего тела», — говорит Викаксоно.

Он написал статью вместе со студентами бакалавриата Массачусетского технологического института Питером Г. Хвангом, Самиром Друби и Эллисон Н. Серио в рамках программы студенческих исследовательских возможностей; Фрэнни Си Ву, недавняя выпускница колледжа Уэлсли; Вэй Ян, доцент Наньянского технологического университета; и старший автор Джозеф А. Парадизо, профессор Александра В. Дрейфуса и директор группы адаптивной среды Медиа-лаборатории. Исследование будет представлено на конференции Общества инженеров IEEE в области медицины и биологии.

«Некоторые первые новаторские работы над «умными тканями» проводились в Медиа-лаборатории в конце 90-х. С тех пор материалы, встраиваемая электроника и производственные машины значительно продвинулись вперед», — говорит Парадизо. «Это прекрасное время, чтобы увидеть, как наши исследования возвращаются в эту область, например, через такие проекты, как проект Ирманди — они указывают на захватывающее будущее, в котором ощущения и функции будут более плавно распространяться в материалы и откроют огромные возможности».

Ноу-хау вязания

Для создания умного текстиля исследователи используют цифровую вязальную машину, которая сплетает слои ткани с рядами стандартной и функциональной пряжи. Многослойный трикотаж состоит из двух слоев проводящей пряжи, окруженных пьезорезистивным трикотажем, сопротивление которого меняется при сжатии. Следуя шаблону, машина прошивает эту функциональную пряжу по всему текстилю горизонтальными и вертикальными рядами. Там, где функциональные волокна пересекаются, они создают датчик давления, объясняет Викаксоно.

Но пряжа мягкая и податливая, поэтому слои смещаются и трутся друг о друга при движении пользователя. Это создает шум и приводит к нестабильности, что делает датчики давления гораздо менее точными.

Викаксоно придумал решение этой проблемы, работая на трикотажной фабрике в Шэньчжэне, Китай, где он провел месяц, обучаясь программированию и обслуживанию цифровых вязальных машин. Он наблюдал, как рабочие делают кроссовки из термопластичных нитей, которые начинают плавиться при нагревании выше 70 градусов по Цельсию, что слегка делает ткань более твердой, чтобы она могла сохранять точную форму.