Μια οθόνη αφής που δεν κατασκευάζεται από γυαλί ή πλαστικό, αλλά από ηλεκτρονικές ίνες ενσωματωμένες απευθείας στο ύφασμα, ανέπτυξαν επιστήμονες του National University of Singapore (NUS).
Η νέα τεχνολογία επιτρέπει σε ένα απλό μανίκι να εμφανίζει εικόνες, να αναπαράγει βίντεο και να ανταποκρίνεται στο άγγιγμα, διατηρώντας παράλληλα την ευκαμψία και τη διαπνοή ενός κανονικού ρούχου. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature
Οι ερευνητές δημιούργησαν μια οθόνη αφής ανάλυσης 96 x 54 pixels, χρησιμοποιώντας 54 ειδικά σχεδιασμένες ίνες, οι οποίες ενσωματώθηκαν στο μανίκι ενός ρούχου. Το πρωτότυπο μπορεί να εκτελεί απλές εφαρμογές, να συνδέεται ασύρματα με άλλες συσκευές και να εμφανίζει μετρήσεις θερμοκρασίας σώματος, ενώ διατήρησε τη λειτουργικότητά του ακόμη και μετά από 50 κύκλους πλυσίματος.
Μια οθόνη που κατασκευάζεται από ηλεκτρονικές ίνες
Η σημαντικότερη καινοτομία της ερευνητικής ομάδας είναι ότι η οθόνη δεν αποτελεί ένα ξεχωριστό εύκαμπτο πάνελ που τοποθετείται πάνω σε ένα ύφασμα. Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα βρίσκονται στο εσωτερικό των ίδιων των ινών, οι οποίες μπορούν να ενσωματωθούν στο ρούχο όπως τα συμβατικά νήματα.
Η ομάδα, με επικεφαλής τον επίκουρο καθηγητή Tural Khudiyev, ανέπτυξε μια ειδική μέθοδο ενσωμάτωσης μικροσκοπικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων σε ίνες πάχους περίπου ενός χιλιοστού.
Χρησιμοποιώντας λέιζερ και μια ελεγχόμενη διαδικασία συγκόλλησης, οι επιστήμονες κατάφεραν να ενσωματώσουν περισσότερα από 5.000 μικροτσίπ, δημιουργώντας πάνω από 20.000 ηλεκτρικές συνδέσεις.
Στη συνέχεια, τα ηλεκτρονικά στοιχεία τοποθετήθηκαν σε πολυστρωματικές ίνες μήκους έως 10 μέτρων. Κάθε ίνα συνδυάζει φωτεινά pixels LED με ειδικό στρώμα ανίχνευσης αφής.
Όταν ο χρήστης πιέζει ένα συγκεκριμένο σημείο, ενεργοποιείται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που επιτρέπει στο σύστημα να προσδιορίζει τη θέση του δαχτύλου και να ανταποκρίνεται στην εντολή.
Βίντεο, εφαρμογές και Bluetooth πάνω στο μανίκι
Το πειραματικό ρούχο διαθέτει 54 ηλεκτρονικές ίνες, με 96 LEDs η καθεμία, σχηματίζοντας μια οθόνη 5.184 pixels και φυσικών διαστάσεων 16,8 x 10,5 εκατοστών.
Η οθόνη αφής υποστηρίζει ρυθμό ανανέωσης 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο και βάθος χρώματος 8-bit. Όταν το βίντεο συνοδεύεται από συγχρονισμένο ήχο, η αναπαραγωγή πραγματοποιείται στα 25 καρέ ανά δευτερόλεπτο.
Παρά τη χαμηλή ανάλυση, οι ερευνητές κατάφεραν να επιδείξουν λειτουργίες που συναντάμε σε συμβατικές ηλεκτρονικές συσκευές.
Το μανίκι μπορεί να εμφανίζει φωτογραφίες, να αναπαράγει βίντεο, να εκτελεί μια απλή αριθμομηχανή και να λαμβάνει εικόνες μέσω Bluetooth. Διαθέτει επίσης δυνατότητα αναγνώρισης φωνητικών εντολών, ένδειξη πυξίδας και αυτόματη προσαρμογή της φωτεινότητας ανάλογα με τις συνθήκες.
Επιπλέον, η κατασκευή υποστηρίζει πολλαπλά σημεία αφής, ενώ κάθε ηλεκτρονική ίνα διαθέτει ανεξάρτητο κανάλι ελέγχου, περιορίζοντας την επίδραση μιας πιθανής βλάβης στις υπόλοιπες.
Το ρούχο μπορεί να μετρά και τη θερμοκρασία σώματος
Πέρα από την οθόνη, οι επιστήμονες ενσωμάτωσαν πρόσθετες ηλεκτρονικές ίνες με μικρόφωνο, ηχείο και αισθητήρες κίνησης, φωτεινότητας, προσανατολισμού και θερμοκρασίας.
Όταν ο αισθητήρας θερμοκρασίας τοποθετείται στην περιοχή της μασχάλης, μπορεί να καταγράφει και να εμφανίζει τη θερμοκρασία του σώματος.
Η δυνατότητα αυτή αναδεικνύει τις πιθανές εφαρμογές των νέων wearables στην παρακολούθηση φυσιολογικών παραμέτρων.
Ένα μελλοντικό ρούχο θα μπορούσε να συγκεντρώνει δεδομένα από διαφορετικούς αισθητήρες και να τα παρουσιάζει απευθείας πάνω στο ύφασμα, χωρίς να απαιτείται η χρήση smartphone ή smartwatch.
Ωστόσο, το σημερινό πρωτότυπο δεν αποτελεί πιστοποιημένη ιατρική συσκευή, ούτε έχει αξιολογηθεί για κλινική χρήση.
Αντέχει 50 πλυσίματα στο πλυντήριο
Η ανθεκτικότητα αποτελεί ένα από τα βασικότερα προβλήματα των ηλεκτρονικών υφασμάτων, καθώς οι συσκευές που ενσωματώνονται σε ρούχα πρέπει να αντέχουν στην υγρασία, στην τριβή και στη συχνή κάμψη.
Για να αξιολογήσουν την κατασκευή τους, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν 50 κύκλους πλυσίματος με απορρυπαντικό σε συμβατικό πλυντήριο, καθώς και 1.000 επαναλαμβανόμενες κάμψεις με ακτίνα πέντε χιλιοστών.
Μετά τις δοκιμές, η φωτεινότητα των LEDs και η απόκριση στην αφή παρέμειναν σχεδόν αμετάβλητες.
Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι η οθόνη αφής διατηρεί επίπεδα διαπνοής συγκρίσιμα με υφάσματα όπως το βαμβάκι, ο πολυεστέρας και το denim.
Τα αποτελέσματα είναι σημαντικά για την πρακτική αξιοποίηση της τεχνολογίας, καθώς δείχνουν ότι η ενσωμάτωση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων δεν απαιτεί απαραίτητα την κατασκευή ενός άκαμπτου ή δυσάρεστου στην καθημερινή χρήση ρούχου.
Το επόμενο βήμα για τα έξυπνα ρούχα
Η οθόνη αφής του NUS παραμένει ερευνητικό πρωτότυπο, με περιορισμένη ανάλυση και ανάγκη εξωτερικών ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου και τροφοδοσίας.
Οι επιστήμονες εργάζονται ήδη στην περαιτέρω σμίκρυνση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, στην αύξηση της ανάλυσης και στην ενσωμάτωση περισσότερων αισθητήρων και λειτουργιών τεχνητής νοημοσύνης.
Η τεχνολογία θα μπορούσε μελλοντικά να χρησιμοποιηθεί σε αθλητικό εξοπλισμό, επαγγελματικές στολές, συστήματα επικοινωνίας και εφαρμογές παρακολούθησης υγείας.
Ιδιαίτερη σημασία έχει και η δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρονικών ινών που μπορούν να πλεκτούν, να υφαίνονται ή να κεντιούνται με συμβατικά βιομηχανικά μηχανήματα.
Δεν έχει ανακοινωθεί χρονοδιάγραμμα εμπορικής διάθεσης. Η εξέλιξη, ωστόσο, δείχνει έναν διαφορετικό δρόμο για τα μελλοντικά wearables, όπου η οθόνη, οι αισθητήρες και οι λειτουργίες υπολογισμού μπορούν να αποτελούν μέρος του ίδιου του ρούχου.
