L'ultimo sviluppo nel campo dei tessuti e delle fibre è un tipo di hardware morbido che puoi indossare:un tessuto con dispositivi elettronici incorporati.

I ricercatori del MIT hanno ora incorporato dispositivi semiconduttori optoelettronici ad alta velocità, compresi diodi emettitori di luce (LED) e fotorivelatori a diodi, all'interno di fibre che venivano poi tessute a Inman Mills, nella Carolina del Sud, in morbido, tessuti lavabili e trasformati in sistemi di comunicazione. Questo segna il raggiungimento di un obiettivo a lungo cercato di creare tessuti "intelligenti" incorporando dispositivi a semiconduttore - l'ingrediente chiave dell'elettronica moderna - che fino ad ora era il pezzo mancante per realizzare tessuti con funzionalità sofisticate.

Questa scoperta, dicono i ricercatori, potrebbe scatenare una nuova "legge di Moore" per le fibre, in altre parole, una rapida progressione in cui le capacità delle fibre crescerebbero rapidamente ed esponenzialmente nel tempo, così come le capacità dei microchip sono cresciute nel corso di decenni.

I risultati sono descritti questa settimana nella rivista Natura in un articolo dell'ex studente laureato del MIT Michael Rein; il suo consulente di ricerca Yoel Fink, professore al MIT di scienza dei materiali e ingegneria elettrica e CEO di AFFOA (Advanced Functional Fabrics of America); insieme a un team del MIT, AFFOA, Inman Mills, EPFL a Losanna, Svizzera, e Lincoln Laboratory.

Le fibre ottiche sono state tradizionalmente prodotte realizzando un oggetto cilindrico chiamato "preforma, " che è essenzialmente un modello in scala della fibra, poi scaldarlo. Il materiale ammorbidito viene quindi tirato o tirato verso il basso sotto tensione e la fibra risultante viene raccolta su una bobina.

La svolta chiave per la produzione di queste nuove fibre è stata l'aggiunta alla preforma di diodi a semiconduttore a emissione di luce delle dimensioni di un granello di sabbia, e un paio di fili di rame larghi una frazione di un capello. Quando riscaldato in una fornace durante il processo di trafilatura della fibra, la preforma polimerica parzialmente liquefatta, formando una lunga fibra con i diodi allineati lungo il suo centro e collegati dai fili di rame.

In questo caso, i componenti solidi erano due tipi di diodi elettrici realizzati utilizzando la tecnologia standard dei microchip:diodi emettitori di luce (LED) e diodi fotosensibili. "Sia i dispositivi che i fili mantengono le loro dimensioni mentre tutto si restringe intorno a loro" nel processo di disegno, Rein dice. Le fibre risultanti sono state poi tessute in tessuti, che sono stati lavati 10 volte per dimostrare la loro praticità come possibile materiale per l'abbigliamento.

"Questo approccio aggiunge una nuova visione del processo di produzione delle fibre, "dice Rein, chi era l'autore principale del documento e ha sviluppato il concetto che ha portato al nuovo processo. "Invece di disegnare il materiale tutto insieme allo stato liquido, abbiamo mescolato in dispositivi in ​​forma di particolato, insieme a sottili fili di metallo."

Uno dei vantaggi di incorporare la funzione nel materiale stesso della fibra è che la fibra risultante è intrinsecamente impermeabile. Per dimostrare questo, il team ha posizionato alcune delle fibre fotorilevatrici all'interno di un acquario. Una lampada fuori dall'acquario trasmetteva musica (opportunamente, "Water Music" di Handel) attraverso l'acqua fino alle fibre sotto forma di segnali ottici rapidi. Le fibre nel serbatoio convertono gli impulsi luminosi, così rapidi che la luce appare stabile a occhio nudo, in segnali elettrici, che sono stati poi convertiti in musica. Le fibre sono sopravvissute nell'acqua per settimane.

Anche se il principio sembra semplice, farlo funzionare in modo coerente, e assicurandosi che le fibre possano essere prodotte in modo affidabile e in quantità, è stato un processo lungo e difficile. Personale dell'Advanced Functional Fabric of America Institute, guidato da Jason Cox e Chia-Chun Chung, sviluppato i percorsi per aumentare la resa, portata, e affidabilità complessiva, rendendo queste fibre pronte per la transizione all'industria. Allo stesso tempo, Marty Ellis di Inman Mills ha sviluppato tecniche per tessere queste fibre in tessuti utilizzando un telaio di produzione industriale convenzionale.

"Questo documento descrive un percorso scalabile per incorporare dispositivi a semiconduttore nelle fibre. Stiamo anticipando l'emergere di un analogo della "legge di Moore" nelle fibre negli anni a venire, " Afferma Fink. "Ci sta già permettendo di espandere le capacità fondamentali dei tessuti per comprendere comunicazioni, illuminazione, monitoraggio fisiologico, e altro ancora. Negli anni a venire i tessuti forniranno servizi a valore aggiunto e non saranno più selezionati solo per l'estetica e il comfort".

Dice che i primi prodotti commerciali che incorporano questa tecnologia raggiungeranno il mercato già il prossimo anno, una progressione straordinariamente breve dalla ricerca di laboratorio alla commercializzazione. Tale rapido sviluppo dal laboratorio al mercato è stata una parte fondamentale della ragione per la creazione di una collaborazione accademica-industria-governo come AFFOA in primo luogo, lui dice. Queste applicazioni iniziali saranno prodotti specializzati che coinvolgono comunicazioni e sicurezza. "Sarà il primo sistema di comunicazione in tessuto. Siamo proprio ora nel processo di transizione della tecnologia ai produttori e all'industria nazionali a una velocità e una scala senza precedenti, " lui dice.

Oltre alle applicazioni commerciali, Fink afferma che il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, uno dei principali sostenitori di AFFOA, "sta esplorando le applicazioni di queste idee alle nostre donne e uomini in uniforme".

Al di là delle comunicazioni, le fibre potrebbero potenzialmente avere applicazioni significative in campo biomedico, dicono i ricercatori. Per esempio, i dispositivi che utilizzano tali fibre potrebbero essere utilizzati per realizzare un braccialetto in grado di misurare il polso o i livelli di ossigeno nel sangue, o essere tessuta in una benda per monitorare continuamente il processo di guarigione.