Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Integrare l’elettronica nei tessuti senza renderli rigidi o comprometterne la resistenza ai lavaggi è una delle sfide della tecnologia indossabile. Un gruppo di ricercatori della Donghua University, in Cina, ha sviluppato un metodo di produzione che permette di realizzare circuiti elettronici direttamente all’interno di fibre morbide, anziché applicare componenti separati sulla loro superficie. La ricerca, pubblicata su Nature Electronics, introduce un approccio che potrebbe ampliare le applicazioni dei tessuti intelligenti e delle strutture robotiche flessibili.
Come funziona la nuova tecnica di filatura
Nella produzione convenzionale dei tessuti elettronici, chip rigidi e altri componenti vengono spesso montati su supporti morbidi. Questa soluzione può creare differenze meccaniche tra i materiali e rendere fragili i collegamenti elettrici, soprattutto quando il tessuto viene piegato o allungato.
Il metodo sviluppato dal gruppo cinese affronta il problema integrando la disposizione dei materiali, la realizzazione dei dispositivi e i collegamenti elettrici durante la formazione della fibra. Il processo si basa su un chip microfluidico dotato di cinque minuscoli canali, attraverso i quali vengono convogliate miscele liquide di materiali funzionali insieme al poliuretano termoplastico elastico, o TPU.
Quest’ultimo costituisce la matrice flessibile che tiene insieme le diverse componenti. Il controllo dei flussi permette di posizionare i materiali in punti precisi della sezione della fibra e lungo la sua lunghezza, determinando dove devono iniziare e terminare i dispositivi e come devono essere collegati.
In questo modo, la fibra e il circuito vengono realizzati contemporaneamente attraverso un unico processo continuo di filatura. L’obiettivo è passare da un’elettronica applicata alle fibre a una soluzione in cui è la fibra stessa a diventare un circuito.
Dalle fibre ai circuiti: le funzioni già dimostrate
Per verificare le potenzialità della tecnica, i ricercatori hanno prodotto filamenti capaci di svolgere diverse operazioni. Alcuni possono emettere luce, altri elaborare segnali elettrici, eseguire semplici operazioni logiche o rilevare oggetti nelle vicinanze senza contatto diretto.
Il gruppo ha inoltre combinato moduli differenti per realizzare circuiti funzionanti. Tra gli esempi figurano filtri regolabili, che selezionano determinate componenti di un segnale elettrico, e inverter, circuiti che trasformano un ingresso logico da 0 a 1 o da 1 a 0.
Le strutture interne sono state analizzate al microscopio, mentre le prestazioni ottiche ed elettriche sono state sottoposte a verifiche sperimentali. I ricercatori hanno anche esaminato il comportamento delle fibre dopo ripetuti piegamenti, allungamenti e lavaggi standard in lavatrice.
Un ulteriore test ha riguardato il controllo di droni e bracci robotici mediante gesti nello spazio, oltre al tracciamento automatico di bersagli. I risultati dimostrano che le fibre possono integrare funzioni di rilevamento e interazione con sistemi di controllo esterni.
Tessuti intelligenti e robotica morbida: le possibili applicazioni
Uno degli aspetti più interessanti riguarda la possibilità di combinare moduli elettronici diversi seguendo regole di progettazione condivise. Secondo i ricercatori, questo approccio può ridurre la dipendenza da saldature separate e connessioni fragili, due elementi problematici nei dispositivi indossabili.
Le fibre mantengono inoltre una struttura morbida e possono essere intrecciate o cucite nei tessuti, rendendo possibile l’integrazione dell’elettronica in capi d’abbigliamento e superfici flessibili. Le potenziali applicazioni comprendono dispositivi wearable, interfacce tra persone e macchine, robot morbidi e sistemi di intelligenza artificiale incorporata.
La tecnologia potrebbe quindi consentire di sviluppare tessuti capaci non soltanto di raccogliere informazioni dall’ambiente, ma anche di elaborare segnali e interagire con ciò che li circonda.
I prossimi ostacoli: collegamenti, interferenze e alimentazione
Per passare dai singoli filamenti a tessuti intelligenti complessi sarà necessario affrontare alcune difficoltà ingegneristiche. Tra queste figurano la realizzazione di collegamenti affidabili tra fibre differenti, la riduzione delle interferenze tra segnali quando i moduli diventano numerosi e l’integrazione di sistemi per distribuire e immagazzinare energia direttamente nelle fibre.
Il gruppo intende inoltre migliorare la formulazione dei materiali e il controllo dei flussi, sviluppando chip microfluidici con un numero maggiore di canali e strutture più piccole. Questi interventi potrebbero aumentare la densità dei componenti, la precisione del posizionamento e la capacità di produrre le fibre su scala più ampia.
La prospettiva è arrivare a sistemi tessili interconnessi, nei quali rilevamento, elaborazione delle informazioni e interazione siano distribuiti su un intero indumento o su una struttura robotica, anziché concentrati in pochi componenti rigidi.
Fonte: TechXplore
