Американские инженеры научились создавать одежду с десятками внедренных датчиков температуры и движения. Полоски с датчиками находятся между слоями ткани и незаметны окружающим, а информацию с них собирает небольшое устройство, пристегиваемое на кнопках-застежках, которые одновременно выступают в качестве электродов. После отстегивания устройства одежду можно постирать в стиральной машине и ее свойства практически не пострадают, рассказывают авторы статьи в npj Flexible Electronics.

Исследователи уже много лет предлагают отказаться от отдельных носимых устройств и перейти к умной одежде со встроенной электроникой. Некоторые подобные разработки уже существуют и даже продаются, но в основном у них всех есть одна фундаментальная общая проблема — сложно сделать функциональную одежду, которая бы выдерживала постоянные сильные растяжения и при этом не стесняла движений человека. Чаще всего эта проблема решается либо с помощью новых, но дорогих и неприменимых для массового производства материалов, либо тем, что электронику встраивают только в небольшую часть одежды, к примеру, в рукав.

Инженеры из Массачусетского технологического института во главе с Джанан Дагдевирен (Canan Dagdeviren) выбрали более практичный подход. За основу они взяли полиэстеровую ткань, из которой они связали свитер с горизонтальными каналами — двухслойными участками ткани. В эти каналы вставляются гибкие полосы с электроникой. Они состоят из медных проводящих дорожек, по форме похожих на синусоиду — это позволяет дорожкам выдерживать сильное растяжение (на десятки процентов).

На некоторых участках полосы установлена площадка с чипом для измерений (термометром или акселерометром). В соответствующих местах на внутренней стороне свитера в каналах сделаны вырезы, чтобы датчики прилегали к телу. Полосы с датчиками изолированы с помощью полимерной пленки, поэтому они могут работать в воде и при растяжении. Испытания на прочность показали, что полосы способны выдержать тысячу циклов растяжения на 30 процентов без значительной деградации проводящих свойств. Кроме того, авторы проверили устойчивость к стирке: сопротивление не изменилось после 10 циклов стирки в машине, а во время одного из циклов три датчика температуры и акселерометр успешно непрерывно собирали данные.

Схема расположения датчиков в свитере и фотографии считывающего устройства / Irmandy Wicaksono et al. / npj Flexible Electronics, 2020

Данные с датчиков собираются с помощью небольшого коммерческого устройства, подключаемого к смартфону или компьютеру по Bluetooth. Оно прикрепляется снаружи к нижней части свитера с помощью четырех кнопок-застежек. Со стороны свитера они подключены к проводящим дорожкам, ведущим ко всем 30 термометрам по всему свитеру и одному акселерометру, располагаемому чуть ниже грудины.

Свитер может измерять распределение температуры по телу, а также отслеживать пульс и частоту вдохов с помощью акселерометра. Тесты показали, что правильность измерений температуры составляет 0,1 градуса Цельсия, а их прецизионность составляет 0,01 градуса Цельсия.