Las prendas de ropa inteligente, con diversas funciones digitales, conocidas como wearables cuentan, además de las capacidades de flexibilidad y ligereza oportunas, con la necesidad de portar algún tipo de batería como el principal freno a su desarrollo. Ahora los ingenieros mecánicos de la Escuela de Ingeniería George R. Brown de la Universidad de Rice están probando circuitos neumáticos en la tela para ropa inteligente, o wearables textiles, con un conjunto de computadoras neumáticas basadas en telas capaces de lógica digital, memoria integrada e interacción con el usuario. El novedoso sistema llamado «lógica digital fluida» aprovecha cómo el aire fluye a través de una serie de canales «retorcidos» para formar bits, los 1 y los 0 en las memorias de las computadoras. La idea es que tales puertas lógicas basadas en textiles admitan actuadores neumáticos, posiblemente junto con un sistema de recolección de energía desarrollado por el laboratorio de Preston, para ayudar a las personas con limitaciones funcionales con sus tareas diarias.
Tejidos digitales funcionales para el uso diario
Preston dijo que los textiles con lógica habilitada del laboratorio se pueden producir en masa utilizando los procesos de fabricación de ropa existentes y son lo suficientemente resistentes como para soportar el uso diario. Los investigadores afirmaron que las puertas incrustadas son cómodas y lo suficientemente resistentes como para pasar un camión sin dañarlas. ( Y lo demostraron . )
Un coche pasa por encima del tejido inteligente para wearables demostrando su resistencia. (Imagen: Universidad de Rice)
“La idea de usar fluidos para construir circuitos lógicos digitales no es nueva” —dijo Preston— “Y, de hecho, en la última década, la gente se ha movido hacia la implementación de la lógica fluídica en materiales blandos, como los elastómeros. Pero hasta ahora, nadie había dado el paso de implementarlo en materiales basados en láminas, una hazaña que requirió rediseñar todo el enfoque desde los primeros principios”.
El laboratorio probó su lógica en dispositivos que ayudan a los usuarios con el movimiento físico y un sistema para subir y bajar un capó con solo presionar un botón, sin necesidad de electricidad, para la termorregulación.
Textil inteligente con capacidades de predicción de la intención del usuario
Las capacidades del material inteligente presentado van más allá de la autogeneración de energía. “Creemos que hay muchas maneras de implementar esto para ayudar a las personas a realizar sus actividades diarias”, dijo Preston. “Una de las siguientes áreas que estamos investigando es detectar la intención. Tan pronto como el usuario inicia un curso de acción, podemos ofrecer asistencia para el resto de esa acción.
“Por ejemplo, puede comenzar a agarrar un objeto y si el sistema detecta su intención, le ayudará a cerrar la mano alrededor de ese objeto para que pueda levantarlo”, dijo.
En el centro del concepto se encuentra una puerta «NOT» , un componente básico de los circuitos informáticos también conocido como inversor. La salida de esta puerta lógica es la inversa (u opuesta) de la entrada. En un circuito electrónico, la compuerta está encendida o apagada (1 o 0), pero la compuerta neumática reemplaza esos términos con presión de aire «alta» o «baja».
El elemento central de las computadoras neumáticas basadas en textiles de un laboratorio de la Universidad de Rice es la válvula de torsión que imita la compuerta NOT, o inversor, en una computadora, en la que la salida es la inversa (u opuesta) de la entrada. (Crédito: Preston Innovation Lab/Rice University)
“Pensamos en el elemento lógico como, en su nivel más fundamental, que contiene tanto un relé como una resistencia fluídica”, dijo Anoop Rajappan, becario postdoctoral de Rice y autor principal del artículo. “Esto sería equivalente a tener un relé electrónico o transistor emparejado con la resistencia, que es la base de la lógica típica de transistor-resistencia ”.
Los ingenieros de Rice han diseñado elementos de lógica fluídica en prendas para ayudar a las personas con limitaciones funcionales a realizar tareas sin asistencia electrónica. Cortesía del laboratorio de innovación de Preston
Geometría de las válvulas textiles y resistencia al uso
El sistema neumático depende de un concepto que Preston describe como una geometría de torsión diseñada matemáticamente, implementada en válvulas controlables por presión que cortan el flujo de aire de la misma manera que una manguera de jardín doblada detiene el agua.
Las válvulas, cada una de una pulgada cuadrada de tamaño, están laminadas en los textiles y han demostrado ser lo suficientemente robustas para manejar 20 000 ciclos de encendido y apagado y 1 millón de ciclos de flexión, así como 20 ciclos en una lavadora doméstica estándar.
Preston señaló que el equipo de investigación incluye a la becaria postdoctoral de la Universidad de Stanford, Vanessa Sánchez, una diseñadora de modas convertida en ingeniera que ganó habilidades con la capacitación del Instituto de Tecnología de la Moda en la ciudad de Nueva York y un doctorado posterior. en ingeniería mecánica y ciencia de los materiales de la Universidad de Harvard y su Instituto Wyss.
Los ingenieros de Rice diseñaron la lógica fluídica en las prendas para ayudar a las personas con limitaciones funcionales. Desde la izquierda, los autores del estudio Daniel Preston, Barclay Jumet y Anoop Rajappan. (Crédito: Brandon Martin/Universidad Rice)
Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice Barclay Jumet, Zhen Liu y Faye Yap, la exalumna Rachel Shveda y el estudiante universitario Colter Decker.
La Fundación Nacional de Ciencias (CMMI-2144809, 2138020, 1842494) apoyó la investigación.
La investigación ha sido respaldada por un reciente Premio CARRERA de la Fundación Nacional de Ciencias y aparece en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Más noticias sobre wearables y ropa inteligente que te pueden interesar:
- Impresión 3D con tinta conductora eléctrica para nanowearables
- Nanofibras estirables y conductoras para wearables de piel
- Piel electrónica que puede sentir dolor
- Collar inteligente con reconocimiento de voz silenciosa
- Interfaz cerebro-máquina para convertir pensamientos en acciones
- Monitores de salud flexibles, transparentes y con grafeno
- Ropa Digital en el mundo físico y el virtual
- Software calcula la disipación de calor debajo de la ropa
- Teclados textiles deformables para manejar interfaces weareables
- Pijamas inteligentes para monitorizar el sueño
