Умный текстиль

Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»

У́мный тексти́ль (smart textile) — материал, предназначенный для восприятия и реагирования на различные стимулы или условия окружающей среды[1].

Технология умного текстиля

Умный текстиль — ткань, обладающая техническим потенциалом, которая используется для изготовления одежды, деталей интерьера и др. Технология умного текстиля позволяет в режиме настоящего времени отслеживать физиологические параметры, находящиеся в непосредственной близости к человеку (тепло, химические вещества, магнетизм или механические воздействия) и обеспечивать безопасную для человека окружающую среду. Изделия из умного текстиля находят широкое применение для экипировки военнослужащих, космонавтов и участников экспедиций, альпинистов, спортсменов, а так же способствуют в экстремальных условиях природных катаклизмов. Для функционирования всей умной текстильной системы требуется электроэнергия; компонентом, обеспечивающим питание системы, является блок питания[2].

Многие виды высокотехнологичной, умной одежды, а также технологии, которые применяются при её производстве, содержат электронный текстиль. Электронный текстиль следует отличать от приборов, относящихся к классу носимых компьютеров, встраиваемых в компоненты одежды, так как упор делается именно на бесстыковую адаптацию в ткань электронных компонентов, таких микрочипы, датчики или включатели. Эти технологии объединяются под общим термином файбертроника (англ. fiber — волокно и electorincs —электроника) и изучают применения возможностей электроники при производстве тканей[3].

Классификация умного текстиля

По способу реагирования умный текстиль в настоящий момент делится на три подгруппы: пассивный, активный и сверхумный текстиль[4].

  • Пассивные умные ткани являются сенсорами, могут реагировать на внешние изменения, но не способны адаптироваться под них. Относится к первому поколению умного текстиля. К этой категории относится: одежда с защитой от ультрафиолета, ткань с антибактериальным покрытием, ткань с керамическим покрытием и световодные ткани. Пассивный текстиль не соответствует строгому пониманию умной ткани, в связи с этим он также может называться функциональным тканевым текстилем.
  • Активные умные ткани способны не только воспринимать изменения или стимулы во внешней среде, но также и реагировать на них. Ко второму поколению умных тканей относят текстильные ткани с памятью формы, водонепроницаемые и влагопроницаемые ткани, одежда для хранения тепла с фазовым переходом и легкие термохромные тканевые ткани.
  • Сверхумные ткани (усовершенствованный адаптируемый текстиль) представляют собой третье поколение умного текстиля, включающее коммуникацию, зондирование, искусственный интеллект, биологию и другие высокотехнологичные дисциплины. Третье поколение умного текстиля может воспринимать изменения или стимулы во внешней среде и соответственно реагировать, приспосабливаясь к внешней среде посредством саморегуляции. В настоящее время передовые текстильные изделия из умной ткани находятся в стадии разработки.

Методы изготовления умного текстиля

Умный текстиль — это текстильные материалы или текстильные системы, обладающие дополнительными внутренними и функциональными свойствами, которые обычно не присущи традиционному стилю[5]. Ученые из Университета Манчестера разработали тип умного адаптивного текстиля с применение графена, обеспечивающую прохладу при теплой погоде и наоборот. Переход между двумя состояниями (охлаждение/нагрев) реализован посредством электрической настройки структуры материала[6].

Умный текстиль может быть изготовлен из различных материалов: полиэстер, нейлон, хлопок, кевлар (высокопрочное волокно). Сейчас все большее внимание уделяется тканям, позволяющим проводить электричество, для этого совместно с текстильными волокнами используют металлические. Однако металлы и классические полупроводники являются жесткими материалами, что ограничивает некоторые возможности во время носки одежды из таких изделий. В связи с чем активно ведутся исследования по разработке и созданию транзисторов из текстильных волокон, чтобы полностью исключить металл.

Для снятия показаний, передачи данных в умном текстиле используются различные сенсоры, микроконтроллеры, датчики температуры, давления, нагревательные элементы, кнопки и др. Все данные отправляются на головное устройство, чаще всего смартфон или умную носимую электронику путем использования технологий LPWAN.

Для изменения цвета в ткань встраиваются миниатюрные светодиоды, которые приводятся в действие командой с различных карманных устройств: смартфона, умных часов, планшета, или же внешних факторов таких как: температура окружающей среды, вибрации, звуковые сигналы и т. д.

При длительном использовании ткани, ее необходимо стирать, при этом не повредив электронику. Чтобы решить данную проблему, датчики помещают в специализированный силиконовый гель. Умный текстиль может быть реализован как:

  • полимеры, изменяющие свое фазовое состояние в различных условиях;
  • сплавы и полимеры, обладающие памятью формы;
  • термоматериалы, фотоматериалы, магнитоматериалы, электроматериалы и хемохромные материалы;
  • полимеры и волокна, проводящие ток;
  • электроника на основе полимеров;
  • квантовые туннельные механизмы для включения и выключения;
  • излучающие полимеры и диоды;
  • оптоволокно;
  • гибкие солнечные и фотовольтажные аккумуляторы;
  • голографии;
  • плазменные технологии;
  • NBIC-технологии;
  • нановолокны;
  • микрокапсульные лекарства;
  • системы глобального позиционирования;
  • MEMS исполнительные системы.

Применение умного текстиля

  • Умный текстиль может использоваться с целью контроля и регулирования температуры тела. Ткань с интеллектуальным текстилем может быть применена в изготовлении гражданской одежды (охлаждающие жилеты, спортивная одежда, лыжные костюмы и др.), профессиональной одежде (пожарные, водолазные костюмы и др.), в медицинских целях (повязки постоянной температуры), в автомобилестроении (обшивка сидений и крыши внутри автомобиля).
  • Ткань с эффектом памяти формы относится к тканям, которые способны изменять форму, размер или внутреннюю структуру ткани после воздействия внешних раздражителей (таких как температура, влажность, свет, магнитное поле, значение водородного показателя (pH)), однако после этого при определенных условиях возвращаться в исходное положение. Волокна с памятью формы используются для изготовления униформы морских рабочих, а также в подушках и набивках матрасов.
  • Водонепроницаемый и влагоотводящий текстиль. Может использоваться для изготовления военной одежды (форма пилотов, военно-морские костюмы), специальной рабочей униформы (пожарные, хирургические, полярные защитные костюмы), обуви, палаток, тентов[7].

Российское производство умного текстиля

Основываясь на статье 1225 Гражданского Кодекса РФ[8], инновационные результаты творческого труда относятся к объектам интеллектуальной собственности, а именно к объектам, подлежащим патентованию в патентном органе: изобретениям, полезным моделям и промышленным образцам, предусмотренным статьей 1349 ГК РФ. В качестве изобретения охраняется техническое решение в любой области, относящееся к продукту (в частности, устройству, веществу, штамму микроорганизма, культуре клеток растений или животных) или способу (процессу осуществления действий над материальным объектом с помощью материальных средств), в том числе к применению продукта или способа по определенному назначению[9].

В России разработкой умного текстиля занимаются:

  • Проектная компания «АрктикТекс» (Фонд инфраструктурных и образовательных программ «Роснано») — изготовление полимерных греющих пленок и модифицированных тканей с углеродными наночастицами. На конференции в Москве компания совместно с основателем бренда Farrdi Фаррухом Болтабаевым представили пиджак и куртку со встроенной системой обогрева и зарядным устройством. Нагревательные элементы расположены на пояснице, лопатках и верхней части груди, помогали выбирать такое расположение альпинисты, которые испытали одежду на Эльбрусе[10].
  • Российская фирма «Техноавиа» в коллаборации с международным брендом Gore-Tex — создание мембранного продукта «Флеймгард» с мультирисковой защитой. Материал защищен от воспламенения, так как между слоями мембраны находятся капсулы, которые при воздействии пламени расплавляются и карбонизируют ткань.
  • Акселератор SeasonsTech - изготовление костюмов для тренировок, позволяющих корректировать интенсивность движения, тканей с подогревом на основе пасты из графита и углеродных нанотрубок, косметических накладок на протезы[11].

Примечания

  1. ↑ F. Kennedy, K. Bunko, E. Santhini, Ketankumar Vadodaria, S. Rajasekar. The use of ‘smart’ textiles for wound care // Advanced Textiles for Wound Care (Second Edition), Woodhead Publishing : Серия книг Текстильного института. — 2019. — С. 289—311. — ISSN 9780081021927.
  2. ↑ Granch Berhe Tseghai, Hasan Riaz Tahir, Benny Malengier, Carla Hertleer, Kinde Anlay Fante, Lieva Van Langenhove. Smart Textiles // Encyclopedia of Sensors and Biosensors (First Edition) : Reference Work. — 2023. — Т. Volume 4. — С. 21—34. — ISSN 9780128225493.
  3. ↑ Леонид Ракитин. Е-ткани: Электроника в текстиле (4 июля, 2017). Дата обращения: 11 октября 2023.
  4. ↑ Subrata Chandra Das, Debasree Paul, S. K. Mahamudul Hasan, Nasif Chowdhury. Smart Textiles-New Possibilities in Textile Engineering // International Conference on Mechanical, Industrial and Materials Engineering 2013 (ICMIME2013) : RUET, Dept. of Mechanical Engineering. — 2013. — С. 514—519.
  5. ↑ Paret Dominique, Pierre Crego. Wearables, Smart Textiles & Smart Apparel. — ISTE Press Ltd, Elsevier Ltd, 2018. — 374 с. — ISBN 9781785482939.
  6. ↑ Умный текстиль поддержит комфортную температуру (19.07.2020). Дата обращения: 10 октября 2023.
  7. ↑ Классификация и применение смарт-текстиля. TESTEX (25.11.2020). Дата обращения: 10 октября 2023.
  8. ↑ ГК РФ Статья 1225. Охраняемые результаты интеллектуальной деятельности и средства индивидуализации. Гражданский кодекс Российской Федерации (часть четвертая) от 18.12.2006 N 230-ФЗ (ред. от 13.06.2023) (с изм. и доп., вступ. в силу с 29.06.2023). Дата обращения: 11 октября 2023.
  9. ↑ ГК РФ Статья 1350. Условия патентоспособности изобретения \ КонсультантПлюс [Электронный ресурс]. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_64629/4b30fa7ca4e5733597a1bc9b2b12351cc5c430e6/ (дата обращения: 11.10.2023).
  10. ↑ Эксперты оценили греющие модули стартапа «АрктикТекс». СЗЦТТ (08.06.2023). Дата обращения: 12 октября 2023.
  11. ↑ «А наш может»: на что способен российский «умный текстиль». АРТ-Ритейл (14.01.2023). Дата обращения: 12 октября 2023.
WLW Checked Off icon.svg Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!


Ссылки

Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Умный_текстиль&oldid=779032