Fils sophistiqués cachés derrière le capuchon de reconnaissance des feux de circulation

Fils sophistiqués cachés derrière le capuchon de reconnaissance des feux de circulation

Par Payal Dhar

Une équipe d’ingénieurs électriciens et de spécialistes des tissus a inventé un chapeau qui indique à son porteur quand il peut traverser la rue en toute sécurité. Selon le concept des chercheurs, le chapeau est tissé à partir de fibres de germanium capables de détecter les changements de feux de circulation et d’indiquer aux piétons malvoyants quand se déplacer. Ce prototype montre comment la fibre rend la traversée de la route plus sûre. noyau semi-conducteur Il peut être tissé dans des textiles fonctionnels capables de collecter, traiter et stocker des informations, et pourrait un jour conduire à des ordinateurs pouvant être portés comme des vêtements.

Rendre les fibres conductrices suffisamment flexibles pour être utilisées dans les vêtements n’est pas une tâche facile. Les formes cristallines des éléments silicium et germanium – prisés par l’industrie de l’électronique portable pour leurs propriétés optiques et électriques – doivent être placées dans une coque protectrice puis filées en brins durables. Les tentatives précédentes utilisaient un processus appelé dessin thermique ne pouvaient former que des brins généralement très courts (généralement pas plus de quelques dizaines de centimètres de long) et laisseraient des fractures ou d’autres imperfections invalidantes dans le noyau. Mais maintenant, pour la première fois, des chercheurs en ont développé un qui Méthode Cela crée des fibres longues et flexibles qui conservent leurs propriétés de détection de la lumière et électroniques – comme l’a prouvé le bonnet tricoté. L’équipe a récemment décrit ces résultats dans une étude Nature,

Dans un processus d’étirage thermique typique, le silicone est placé à l’intérieur d’un tube de verre et chauffé jusqu’à ce que les deux matériaux deviennent suffisamment mous pour être étirés en fines fibres. Mais l’auteur principal de la nouvelle étude affirme que « comme les gaines extérieures en silicone et en verre sont complètement différentes, lorsque nous les chauffons, elles présentent un comportement complètement différent dans leur capacité à s’étirer ». lei weiLe Dr Wei, qui étudie les tissus fonctionnels à l’Université technologique de Nanyang à Singapour, affirme que les différences dans la façon dont ces matériaux se dilatent ou se contractent peuvent exercer une pression sur les fibres et briser leurs noyaux semi-conducteurs. « Le stress est mortel », déclare Wei.

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Pour résoudre ce problème, Wei et son équipe ont fait appel à des ingénieurs en mécanique pour les aider à identifier les forces agissant à chaque étape du processus de chauffage et d’étirement. «Nous avons utilisé sa théorie pour sélectionner les matériaux», explique Wei. Une fois que les auteurs de l’étude ont trouvé la bonne combinaison, ils ont pu créer Fibres restantes du processus de fabrication Sans aucun défaut ni usure comme indiqué Nature,

En insérant du silicium dans du verre de silice et du germanium dans du verre aluminosilicate, les chercheurs ont produit des fibres continues d’environ 100 mètres de long. Ils ont ensuite retiré le revêtement en verre, puis chauffé et étiré à nouveau la fibre, en intégrant cette fois le noyau semi-conducteur dans du plastique polycarbonate. « Les fibres sont très flexibles, elles peuvent donc être tricotées ou tissées avec des tissus tels que le coton, la laine ou la soie, créant ainsi des « textiles fonctionnels », explique Wei. Les chercheurs ont créé un prototype de textile d’environ un mètre de large. Et mesurait 10 mètres. long. Les fibres ont fonctionné sous l’eau et ont également survécu à d’autres tests de durabilité et de compression.

Xiaoting JiaJia, qui dirige un groupe de recherche sur les fibres intelligentes et les appareils portables chez Virginia Tech, affirme que ces travaux ouvriront la voie à la production de masse de fibres semi-conductrices à base de silicium ou de germanium. Il affirme que l’inclusion de la couche de polymère augmente la flexibilité et l’isolation et protège la fibre lorsqu’elle est tissée ou tricotée pour former un tissu. « Cela devient un processus très robuste et évolutif », explique Jia, qui n’a pas participé à l’étude mais en était co-auteur. commenter avec À propos de la recherche en Nature,

Les applications potentielles incluent la technologie optique, comme les chapeaux sensibles à la lumière. Les fibres du bonnet transmettent les données à une petite carte d’interface située à l’intérieur du chapeau. Le tableau communique avec une application qui indique au smartphone de l’utilisateur si un feu de circulation est devenu rouge ou vert en le faisant vibrer de différentes manières.

Un autre prototype créé par l’équipe est un pull composé de fibres optoélectroniques en silicium. Le vêtement reçoit et envoie des données à l’aide de communications de fidélité à la lumière (Li-Fi). Dans l’étude, les informations, en l’occurrence une photographie d’un bâtiment, ont été converties en code binaire et transmises sous forme d’ondes lumineuses par le pull. Les chercheurs ont également démontré un bracelet de montre flexible qui surveille la fréquence cardiaque.

Que Nho DoLa nouvelle technologie crée des fibres semi-conductrices suffisamment fines pour être tissées à la main ou à la machine, explique le Dr Richards, un expert en robotique souple et en matériaux fonctionnels qui dirige le laboratoire de robotique médicale de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie et n’a pas participé au projet. étude. Sont solides – et adaptés à la fabrication à grande échelle. « Cela pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour intégrer davantage de fonctions », dit-il, « comme des capteurs qui détectent la pression ou la température ou des commandes pour des robots logiciels. »

Wei dit que les nouvelles découvertes pourraient guider les chercheurs dans la sélection de matériaux et la conception de structures pour des fibres à noyau semi-conducteur plus complexes constituées d’autres éléments. Jusqu’à présent, son équipe a conservé une structure simple, mais les futurs textiles pourraient également servir de dispositifs plus complexes. Un projet en cours consiste à tenter de transformer des fibres en transistors : une étape nécessaire pour pouvoir tisser des dispositifs informatiques. Bien que les premiers prototypes se limitent à des capteurs, Wei est optimiste quant à la possibilité d’un ordinateur portable dans le futur.