Met functionele vezels wordt een shirt een waardevolle microfoon

Een stof gedraagt ​​zich als een vloeistof, zegt professor Yoel Fink van het Massachusetts Institute of Technology, wat misschien verklaart waarom ontwerpers vaak zelfs verwijzen naar de 'flow' van een kledingstuk.

"De stoffen die we dragen hebben kleine golven die er doorheen gaan", zegt Fink, een professor in Materials Science aan het MIT. "We zien ze niet omdat ze gewoon te klein zijn."

Fink en een team van meerdere universiteiten, waaronder Rhode Island School of Design, hebben een materiaal gemaakt dat die kleine golven opvangt.

De functionele, piëzo-elektrische vezel, eenmaal gebogen, produceert een spanning die signaalverwerking en een uitvoer van waardevolle gegevens mogelijk maakt. Informatie van het detectiemateriaal kan ooit draagbare hoortoestellen, kleding die communiceert en kledingstukken die vitale functies volgen, ondersteunen.

"Met een paar functionele vezels kan een hele stof een nieuwe betekenis krijgen", vertelde Fink aan Tech Briefs.

Een op stof gebaseerde microfoon maken

Het materiaal begint als een voorgevormd rechthoekig "blok" - ongeveer zo groot als een dikke marker. Zodra je de voorvorm hebt verwarmd, kun je hem in taffy-stijl in lange stroken trekken.

Fink en een groep onderzoekers testten de geluidsgevoeligheid van de vezel door de sensor aan een opgehangen mylar-vel te bevestigen. Met lasers maten de ingenieurs de vibratie van de plaat - en bij uitbreiding de vezel - als reactie op geluiden die door een luidspreker in de buurt werden gespeeld.

Testgeluiden omvatten een reeks omgevingen, van stille bibliotheken tot lawaaierige wegen. De vezel trilde en genereerde een elektrische stroom die evenredig was aan het afgespeelde geluid.

Vervolgens weefde het team de vezel met conventionele garens om panelen van drapeerbare, machinewasbare stof te produceren.

"Het voelt bijna als een lichtgewicht jack - lichter dan denim, maar zwaarder dan een overhemd", zegt onderzoeker Elizabeth Meiklejohn van de Rhode Island School of Design (RISD) , die de stof weefde met een standaard weefgetouw.

Meiklejohn werkte met een team dat bestond uit hoofdauteur Wei Yan, die hielp bij het ontwikkelen van de vezel als MIT-postdoc, prof. Fink, en een aantal extra studenten en onderzoekers van MIT, Case Western Reserve University, University of Wisconsin in Madison, en de Onderzoeksinstituut voor milieugeneeskunde van het Amerikaanse leger.

"De toewijding van onze studenten, postdocs en medewerkers aan het bevorderen van onderzoek, wat me altijd heeft verbaasd, is vooral relevant voor dit werk, dat werd uitgevoerd tijdens de pandemie", zei Fink.

In een korte Q&A hieronder legt Fink uit waarom hij denkt dat de toekomst in stoffen ligt en de dagen van "computers in een glazen doos" zijn geteld.

Tech Briefs :Ik heb het gevoel dat slimme kleding niet per se aanslaat, dus waarom denk je dat dat zo is?

Prof. Yoel Fink: Ik denk dat het nog niet bestaat, daarom is het nog niet aangeslagen!

Mensen noemen dit veld wearables, en ik wil er alleen op wijzen dat wearables een woord is voor dingen die we niet dragen. De technologie, de techniek en zelfs de wetenschap om stoffen - echte stoffen en vezels - speciale dingen te laten doen, komt nu pas naar voren. Die toekomst gebeurt nu.

Het idee dat je horloges of snuisterijen en al dat soort dingen gaat aantrekken, heeft volgens mij adoptiedrempels ontmoet, die de horizon van de zogenaamde wearables beperken.

Tech Briefs :Dus, wat zijn volgens jou de tekortkomingen van die wearables?

Prof. Yoel Fink: Nummer één heeft te maken met gemak. Ik denk dat we het liefst rondlopen met zo min mogelijk spullen. Nummer twee heeft te maken met esthetiek. Ze zijn niet erg esthetisch. Nummer drie is in termen van waardepropositie. Ze zijn bijvoorbeeld niet echt in staat om de gezondheidsvoordelen te bieden waarvan we denken dat stoffen dat uiteindelijk zullen doen. Op die drie punten is er ruimte voor verbetering.

Tech Briefs :Hoe voelt het om je functionele vezels te dragen?

Prof. Yoel Fink: De sleutel is om zo min mogelijk met de stof zelf te interfereren - zodat deze er net zo uitziet en aanvoelt als een normale stof. In dat opzicht is de technologie in wezen onmerkbaar of transparant. Je zou dus niet naar dit shirt kunnen kijken en zeggen:"OK, dit shirt is een microfoon, of dit shirt heeft een geheugen, of dit shirt kan berekeningen doen", omdat de technologie zich echt op vezelniveau bevindt.

Ik denk dat het belangrijk is om te beseffen dat waar we het hier over hebben, onder andere de esthetiek van technologie verandert. Je zou nooit binnenkomen en zeggen:"Oh, de microfoon is dit schoonheidsobject." Er zijn geen musea die microfoons hosten, toch? Dat zijn vrij onaantrekkelijke objecten, maar als ik je een stoffen microfoon zou laten zien, zou je zeggen:"Oh mijn god, dit kan echt esthetisch zijn." Het lijkt niet op technologie, maar dat is het wel.

Tech Briefs :Dus, hoe geef je het "rapport" van de vezel weer op een manier die nuttig is voor de drager?

Prof. Yoel Fink: Waar we nu staan:We sluiten deze vezel aan op een circuit. Het circuit grijpt de informatie en zet deze om in een digitaal formaat en maakt signaalverwerking mogelijk. Een jaar geleden publiceerden we een paper waarin werd gesproken over een digitale vezel . Die vezel kan signalen opnemen die analoog zijn en ze in principe omzetten zodat je digitale informatie kunt opslaan; het heeft geheugen en een computerprogramma. Dus nu neem je een vezel die iets kan meten, en je hebt een andere vezel die het kan opslaan en analyseren. Als je deze dingen samenvoegt, begin je te zien hoe een stof een computer gaat worden. En dat is waar we naar streven. We zijn er nu nog niet helemaal, maar we zijn niet te ver weg.

Tech Briefs :Wat voor soort vroege toepassingen heb je voor ogen voor een stoffen microfoon?

Prof. Yoel Fink: Onze vezels of stoffen vangen in zekere zin de soundtrack van ons leven op. Elke keer dat je hart klopt, elke keer dat je ademhaalt, elke keer dat je je arm buigt, elke keer dat je loopt, elke keer dat een gewricht beweegt, elke keer dat er bloed stroomt, is er geluid. De stoffen vangen dat allemaal op. Al dat geluid komt in een stof terecht en gaat overdag verloren.

Verwante artikelen

Geweven in kleding, 'slimme' draden voelen gassen aan

Een 'slim' shirt bewaakt het hart

Dus wat we hier proberen te doen, is zeggen:"Kunnen we die soundtrack van ons leven voor ons toegankelijk maken?" We kunnen naar ons hart luisteren. Dit is niet luisteren naar het elektrische signaal van het hart. Dit is luisteren naar het hart zelf. Het hart is een pomp en we luisteren naar de kleppen en de werking van die pomp. Elektrische signalen vertellen niet het hele verhaal.

Een tweede stuk:Nu is er een fractie van de bevolking die hartproblemen heeft. Er is een veel grotere fractie van de bevolking die op een bepaald moment in hun leven zwanger wordt. En een van de dingen waar we het over hebben, is hoe je de ongeborenen in de gaten kunt houden en kunt luisteren naar de manier waarop de ongeborenen communiceren - door hun geluiden en door hun bewegingen en ook door hun hart. Als we kunnen luisteren naar het hart van de ongeborenen, krijgen we geweldige informatie over hun gezondheid en welzijn.

Last but not least:de groepen met gehoorproblemen, dat zijn wij allemaal. We zullen uiteindelijk allemaal gehoorproblemen hebben. Hoortoestellen werken in stille omgevingen, niet in lawaaierige omgevingen.

De reden dat we twee oren en twee ogen hebben, is omdat het ons een gevoel van diepte en richting geeft. Om te horen, kunnen we in een bar zitten om te luisteren naar de persoon met wie we praten, ook al is de bar veel luider. Door meerdere vezels in een stof te hebben, laten we in het papier zien dat we de richting van het geluid konden onderscheiden. We denken dat dit echt transformerend kan zijn voor mensen die hoortoestellen hebben en die die hoortoestellen een richtingsvermogen willen geven.

Tech Briefs :Wat nu?

Prof. Yoel Fink :Het heet Fabric Computing!

Nu geef ik een cursus aan het MIT, Computing Fabrics genaamd, waar we laten zien hoe de wereld van berekeningen en de wereld van stoffen samenkomen, en ik denk dat dat enorme implicaties zal hebben voor de toekomst van ons allemaal. De dagen van de computer of telefoon in een glazen doos in onze broekzak of portemonnee zijn geteld. De toekomst van computers zit in stoffen.

Wat denk je? Deel uw vragen en opmerkingen hieronder.