Puettava elektroniikka on monella tapaa lupaavaa tekniikkaa, mutta nykyiset akkujen ja piirilevyjen vaihtoehdot eivät oikein taivu mukavien e-sukkien toteutukseen. Kiinalaiset tutkijat ovat kehittäneet menetelmän tulostaa joustavia kuituja mukautuville tekstiileille tai vaatteille. Kuiduista he painavat kankaille kuvioita, jotka voivat kerätä ja tallentaa sähköä.
3D-tulostimella, jossa on koaksiaalinen neula, he printtasivat kuvioita ja malleja kankaaseen. Tämän ansiosta voidaan vaatteessa muuttaa liike energiaksi.
- Käytimme kolmiulotteista tulostinta, joka oli varustettu sopivalla koaksiaalisuuttimella, tulostamaan suoraan kuituja tekstiileille. Osoitimme, että tekniikkaan voidaan käyttää energianhallintatarkoituksiin, sanoo Tsinghuanin yliopiston kemian laitoksen professori Yingying Zhang.
- Ehdotimme koaksiaalisen suuttimen lähestymistapaa, koska yksiakseliset suuttimet mahdollistavat vain yhden musteen tulostamisen kerrallaan. Tämä rajoittaa merkittävästi painetun arkkitehtuurin koostumuksen monimuotoisuutta ja funktion suunnittelua.
Zhang ja hänen kollegansa tekivät ensimmäiset 3D-painetut e-tekstiilit kahdella musteella. Demonstraatiossa käytettiin hiilinanoputkia johtavana ytimenä ja silkkikuitua eristevaippana. Niillä tuotettiin kankaaseen kuvio, jota käytettiin tribosähköisenä nanogeneraattorina.
Tällainen älykäs tekstiili voisi kerätä biomekaanista energiaa ihmisen liikkeestä ja saavuttaa jopa 18 mW/m2:n tehotason. Tutkijat esittelivät myös tekniikalla tuotetun energian varastointiin sopivan superkondensaattorin.
Lähestymistapa poikkeaa muista ryhmistä, jotka ompelevat käsin sähköisiä komponentteja, kuten LED-kuituja, kankaiksi. Näiden monivaiheisten prosessien ongelma on se, että ne ovat työvoimavaltaisia ja aikaa vieviä.
3D-tulostimen vahvuus on, että se voi rakentaa monipuolisia ominaisuuksia kankaisiin yhdellä askeleella. Lähestymistapa on myös halpa ja helppo skaalata, koska suutin on yhteensopiva nykyisten 3D-tulostimien kanssa. Haittapuolena on se, että tulostettavan kuvan resoluutio rajoittuu 3D-tulostimen mekaaniseen liikkeen tarkkuuteen ja suuttimien kokoon.
- Pitkän aikavälin tavoitteena on suunnitella joustavia, puettavia kuluttajatason hybridimateriaaleja ja elektroniikkaa, joilla on ennennäkemättömiä ominaisuuksia. Samalla kehitämme uusia tekniikoita integroituja toimintoja sisältävien älykkäiden kannettavien järjestelmien, kuten tunnistamisen, aktivoinnin ja tiedonsiirron pariin, professori Zhang kuvailee.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.4.2019
