ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้ผลิตหน้าจอสิ่งทออัจฉริยะที่ทออย่างสมบูรณ์ซึ่งรวมเอาฟังก์ชันอิเล็กทรอนิกส์ การตรวจจับ พลังงาน และโฟโตนิกส์ ฟังก์ชันต่างๆ จะถูกฝังลงในเส้นใยและเส้นด้ายโดยตรง ซึ่งผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้สิ่งทอเป็นหลัก
นักวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์กล่าวว่าแนวทางของพวกเขาอาจนำไปสู่การใช้งานที่ดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์: ผ้าม่านที่เป็นทีวี พรมเก็บพลังงาน เสื้อผ้าและผ้าแบบโต้ตอบได้
นี่เป็นครั้งแรกที่มีการบูรณาการระบบที่ซับซ้อนในพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ปรับขนาดได้เข้ากับสิ่งทอโดยใช้วิธีการผลิตที่ใช้เส้นใยทั้งหมด ผลลัพธ์ของพวกเขา ได้ รับการ รายงานในวารสาร Nature Communications
แม้จะมีความคืบหน้าเมื่อเร็วๆ นี้ในการพัฒนาสิ่งทออัจฉริยะ แต่การทำงาน ขนาด และรูปร่างของสิ่งทอนั้นถูกจำกัดด้วยกระบวนการผลิตในปัจจุบัน
การรวมเส้นใยพิเศษเข้ากับสิ่งทอผ่านกระบวนการทอหรือถักแบบธรรมดา หมายความว่าสามารถรวมเส้นใยเหล่านี้เข้ากับสิ่งของในชีวิตประจำวันได้ ซึ่งจะช่วยเปิดศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน การผลิตเส้นใยเหล่านี้มีขนาดจำกัด หรือเทคโนโลยีไม่เข้ากันกับสิ่งทอและกระบวนการทอ
เพื่อให้เทคโนโลยีเข้ากันได้กับการทอ นักวิจัยได้เคลือบส่วนประกอบเส้นใยแต่ละชิ้นด้วยวัสดุที่สามารถทนต่อการยืดตัวได้เพียงพอ เพื่อให้สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์การผลิตสิ่งทอได้ ทีมงานยังได้ถักทอส่วนประกอบที่เป็นไฟเบอร์บางส่วนเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความทนทาน สุดท้าย พวกเขาเชื่อมต่อส่วนประกอบเส้นใยหลายตัวเข้าด้วยกันโดยใช้กาวนำไฟฟ้าและเทคนิคการเชื่อมด้วยเลเซอร์
ด้วยการใช้เทคนิคเหล่านี้ร่วมกัน พวกเขาสามารถรวมฟังก์ชันการทำงานหลายอย่างเข้าเป็นผ้าทอชิ้นใหญ่ที่มีกระบวนการผลิตสิ่งทอที่ได้มาตรฐานและปรับขนาดได้
ผ้าที่ได้นั้นสามารถใช้เป็นจอแสดงผล ตรวจสอบอินพุตต่างๆ หรือเก็บพลังงานไว้ใช้ในภายหลัง ผ้าสามารถตรวจจับสัญญาณความถี่วิทยุ สัมผัส แสง และอุณหภูมิได้ นอกจากนี้ยังสามารถรีดได้ และเนื่องจากผลิตโดยใช้เทคนิคการผลิตสิ่งทอเชิงพาณิชย์ จึงสามารถทำม้วนผ้าขนาดใหญ่ได้ด้วยวิธีนี้
นักวิจัยกล่าวว่าจอแสดงผลต้นแบบของพวกเขาปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้สิ่งทออิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไปในภาคส่วนต่างๆ เช่น อาคารอัจฉริยะและประหยัดพลังงาน ซึ่งสามารถสร้างและจัดเก็บพลังงานของตนเองได้ Internet of Things (IoT) เครือข่ายเซ็นเซอร์แบบกระจาย และจอแสดงผลแบบโต้ตอบที่ มีความยืดหยุ่นและสวมใส่ได้เมื่อรวมเข้ากับเนื้อผ้า
“แนวทางของเราสร้างขึ้นจากการบรรจบกันของไมโครและนาโนเทคโนโลยี การแสดงผลขั้นสูง เซ็นเซอร์ พลังงาน และการผลิตสิ่งทอทางเทคนิค” ศาสตราจารย์จอง มิน คิม จากภาควิชาวิศวกรรมศาสตร์ของเคมบริดจ์ ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยร่วมกับดร.ลุยจิ โอคคิปินติ และศาสตราจารย์มานิช กล่าว โชวัลลา. “นี่เป็นก้าวสู่การใช้ประโยชน์จาก e-fibres และ e-textiles ที่ยั่งยืน สะดวกในการใช้งานในชีวิตประจำวัน และมันเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น”
Occhipinti จากแผนกวิศวกรรมของเคมบริดจ์กล่าวว่า “การรวมฟังก์ชันอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ไฟเบอร์ โฟโตนิก การตรวจจับ และพลังงาน เราสามารถบรรลุอุปกรณ์และระบบอัจฉริยะระดับใหม่ทั้งหมด” Occhipinti จากแผนกวิศวกรรมของเคมบริดจ์กล่าว “ด้วยการปลดปล่อยศักยภาพเต็มที่ของการผลิตสิ่งทอ ในไม่ช้าเราอาจจะได้เห็นอุปกรณ์ Internet of Things ที่ชาญฉลาดและใช้พลังงานอย่างอิสระ ซึ่งถูกรวมเข้ากับวัตถุในชีวิตประจำวันและการใช้งานในภาคส่วนอื่นๆ ได้อย่างลงตัว”
นักวิจัยกำลังทำงานร่วมกับผู้ทำงานร่วมกันชาวยุโรปเพื่อทำให้เทคโนโลยีนี้มีความยั่งยืนและใช้ได้กับสิ่งของในชีวิตประจำวัน พวกเขายังทำงานเพื่อรวมวัสดุที่ยั่งยืนเป็นส่วนประกอบเส้นใย ทำให้เกิดระบบสิ่งทอพลังงานรูปแบบใหม่ ในที่สุดผ้าอัจฉริยะที่ยืดหยุ่นและใช้งานได้ก็สามารถผลิตเป็นแบตเตอรี่ ตัวเก็บประจุยิ่งยวด แผงโซลาร์เซลล์ และอุปกรณ์อื่นๆ
การวิจัยได้รับทุนสนับสนุนบางส่วนจากคณะกรรมาธิการยุโรปและสภาวิจัยวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์กายภาพ (EPSRC) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยและนวัตกรรมแห่งสหราชอาณาจักร (UKRI)
อ้างอิง:
HW Choi et al. ‘ระบบแสดงแสง/แสดงสิ่งทออัจฉริยะพร้อมอุปกรณ์ไฟเบอร์มัลติฟังก์ชั่นสำหรับบ้านอัจฉริยะขนาดใหญ่และแอปพลิเคชัน IoT ‘ การสื่อสารธรรมชาติ (2022). ดอย: 10.1038/s41467-022-28459-6
