Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
L’elettronica indossabile potrebbe compiere un passo avanti grazie a una tecnica che permette di costruire circuiti elettronici direttamente all’interno di fibre morbide e lavabili. Il metodo, sviluppato da ricercatori della Donghua University in Cina e descritto sulla rivista Nature Electronics, punta a superare uno dei limiti dei tessuti intelligenti: integrare componenti elettronici in strutture flessibili senza compromettere l’affidabilità dei collegamenti.
L’obiettivo è trasformare il filamento da semplice supporto per l’elettronica a vero e proprio circuito, con possibili applicazioni nell’abbigliamento tecnologico, nelle interfacce uomo-macchina e nella robotica morbida.
Nuovo metodo di filatura: i circuiti nascono dentro le fibre
Le tecniche tradizionali per realizzare tessuti elettronici prevedono spesso l’inserimento di chip rigidi o di singoli componenti su supporti morbidi. Questa soluzione può creare incompatibilità meccaniche e collegamenti fragili, difficili da mantenere stabili quando il materiale viene piegato o allungato.
Il nuovo metodo affronta il problema integrando disposizione dei materiali, struttura dei dispositivi e connessioni elettriche durante la stessa fase di filatura. Il processo utilizza un dispositivo microfluidico con cinque piccoli canali, attraverso i quali vengono combinati materiali funzionali allo stato liquido e poliuretano termoplastico elastico, noto come TPU, che svolge la funzione di matrice flessibile.
Controllando i flussi, i ricercatori possono organizzare i materiali lungo la sezione della fibra e stabilire dove debbano iniziare, terminare e collegarsi le diverse componenti. La produzione del filamento e la costruzione del circuito avvengono così simultaneamente, in un unico passaggio.
Sensori, segnali elettrici e operazioni logiche
La tecnologia è stata sperimentata per realizzare fibre capaci di emettere luce, elaborare segnali elettrici, eseguire semplici operazioni logiche e rilevare oggetti vicini senza contatto. I ricercatori hanno inoltre combinato diversi moduli in circuiti funzionanti, tra cui filtri regolabili, che selezionano determinate componenti di un segnale elettrico, e inverter, in grado di invertire un ingresso logico da 0 a 1 o viceversa.
Questi risultati mostrano che le fibre non devono limitarsi a ospitare sensori passivi: possono integrare funzioni elettroniche differenti e cooperare all’interno dello stesso filamento.
Il gruppo ha verificato le microstrutture mediante microscopia e ha valutato le prestazioni ottiche ed elettriche dei dispositivi. Sono state inoltre effettuate prove di resistenza a piegamenti ripetuti, allungamenti e lavaggi standard in lavatrice, con risultati compatibili con l’impiego nei tessuti.
Wearable e tessuti intelligenti più flessibili
Uno dei principali vantaggi riguarda la possibilità di intrecciare o cucire le fibre elettroniche nei tessuti, mantenendo la morbidezza del materiale. La piattaforma consente di combinare moduli con funzioni differenti attraverso regole comuni di progettazione, riducendo la dipendenza da saldature e collegamenti separati potenzialmente fragili.
In prospettiva, questo approccio potrebbe favorire lo sviluppo di dispositivi indossabili, interfacce flessibili e superfici capaci di elaborare informazioni, ampliando le possibilità dell’elettronica integrata nell’abbigliamento.
La lavabilità rappresenta un elemento importante per l’utilizzo quotidiano, ma non esaurisce le potenzialità della tecnologia: la sfida consiste nel realizzare sistemi complessi senza perdere flessibilità e affidabilità.
Dalla robotica morbida al controllo dei droni
Le applicazioni sperimentali comprendono anche la robotica. Collegando le fibre per il rilevamento senza contatto a sistemi di controllo, il gruppo ha dimostrato il controllo gestuale nello spazio di droni e bracci robotici, oltre al tracciamento automatico di bersagli.
La possibilità di integrare rilevamento, elaborazione e interazione in strutture morbide potrebbe risultare utile per robot progettati per adattarsi a forme complesse e in movimento, nonché per futuri sistemi di intelligenza artificiale incorporata.
Le sfide per passare ai sistemi su larga scala
Il prossimo obiettivo è passare dalle singole fibre circuitali a tessuti complessi, nei quali rilevamento, calcolo e interazione siano distribuiti sull’intero indumento. Restano però diversi ostacoli tecnici: migliorare i collegamenti tra fibre, ridurre le interferenze tra segnali e integrare sistemi di alimentazione e accumulo dell’energia.
I ricercatori intendono inoltre perfezionare i materiali e il controllo dei flussi, sviluppando chip microfluidici con più canali e dimensioni delle strutture più piccole. Questi progressi potrebbero aumentare la densità dei moduli, la precisione del posizionamento e la producibilità della tecnologia, avvicinando le fibre elettroniche a tessuti intelligenti più articolati e interfacce robotiche flessibili.
Fonte: Techxplore
