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Computadoras en tu ropa? Un hito para la electrónica portátil
Aug 22, 2018

Los investigadores que están trabajando para desarrollar dispositivos electrónicos portátiles han alcanzado un hito: pueden bordar circuitos en la tela con precisión de 0,1 mm, el tamaño perfecto para integrar componentes electrónicos como sensores y dispositivos de memoria de la computadora en la ropa.

Con este avance, los investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han dado el siguiente paso hacia el diseño de textiles funcionales: prendas que reúnen, almacenan o transmiten información digital. Con un mayor desarrollo, la tecnología podría llevar camisetas que actúan como antenas para su teléfono inteligente o tableta, ropa de entrenamiento que monitorea su nivel de condición física, equipo deportivo que monitorea el rendimiento de los atletas, un vendaje que le dice a su médico qué tan bien está debajo del tejido curación, o incluso una gorra de tela flexible que detecta la actividad en el cerebro.

Ese último artículo es uno que están investigando John Volakis, director del Laboratorio ElectroScience en Ohio State, y la científica investigadora Asimina Kiourti. La idea es hacer que los implantes cerebrales, que están en desarrollo para tratar las afecciones desde la epilepsia hasta la adicción, sean más cómodos al eliminar la necesidad de un cableado externo en el cuerpo del paciente.

"Está ocurriendo una revolución en la industria textil", dijo Volakis, quien también es el profesor de la cátedra Roy & Lois Chope de ingeniería eléctrica en el estado de Ohio. "Creemos que los textiles funcionales son una tecnología que permite la comunicación y la detección y, un día, incluso las aplicaciones médicas, como las imágenes y el control de la salud".

Recientemente, él y Kiourti perfeccionaron su método de fabricación patentado para crear prototipos de wearables a una fracción del costo y en la mitad del tiempo, como lo hicieron hace solo dos años. Con nuevas patentes pendientes, publicaron los nuevos resultados en la revista IEEE Antenas y Wireless Propagation Letters.

En el laboratorio de Volakis, los textiles funcionales, también llamados "e-textiles", se crean en parte en una máquina de coser de mesa típica, del tipo que los artesanos de tejidos y aficionados pueden tener en casa. Al igual que otras máquinas de coser modernas, borda hilo en tela automáticamente en función de un patrón cargado a través de un archivo de computadora. Los investigadores sustituyen el hilo por finos hilos de metal plateado que, una vez bordados, se sienten igual que los hilos tradicionales al tacto.

"Comenzamos con una tecnología que es muy conocida, el bordado a máquina, y preguntamos cómo podemos funcionalizar las formas bordadas. ¿Cómo hacemos que transmitan señales a frecuencias útiles, como teléfonos celulares o sensores de salud? ", Dijo Volakis. "Ahora, por primera vez, hemos logrado la precisión de las placas de circuitos impresos de metal, por lo que nuestro nuevo objetivo es aprovechar la precisión para incorporar receptores y otros componentes electrónicos".

La forma del bordado determina la frecuencia de funcionamiento de la antena o circuito, explicó Kiourti.

La forma de una antena de banda ancha, por ejemplo, consiste en más de media docena de formas geométricas entrelazadas, cada una un poco más grande que una uña, que forman un intrincado círculo de unos pocos centímetros de ancho. Cada parte del círculo transmite energía a una frecuencia diferente, de modo que cubren un amplio espectro de energías cuando se trabaja en conjunto; de ahí la capacidad de "banda ancha" de la antena para el teléfono celular y el acceso a Internet.

"La forma determina la función", dijo. "Y nunca sabes realmente qué forma necesitarás de una aplicación a la siguiente. Así que queríamos tener una tecnología que pudiera bordar cualquier forma para cualquier aplicación ".

El objetivo inicial de los investigadores, agregó Kiourti, era simplemente aumentar la precisión del bordado tanto como fuera posible, lo que requería trabajar con alambre fino de plata. Pero eso creó un problema, ya que los cables finos no podían proporcionar tanta conductividad superficial como los cables gruesos. Así que tenían que encontrar la manera de trabajar el hilo fino en densidades de bordado y formas que aumentaran la conductividad de la superficie y, por lo tanto, el rendimiento de la antena / sensor.

Anteriormente, los investigadores habían utilizado hilo de polímero revestido de plata con un diámetro de 0,5 mm, cada hilo compuesto por 600 filamentos aún más finos trenzados entre sí. Los nuevos hilos tienen un diámetro de 0.1 mm, hechos con solo siete filamentos. Cada filamento es cobre en el centro, esmaltado con plata pura.

Compran el cable por el carrete a un costo de 3 centavos por pie; Kiourti estimó que bordar una sola antena de banda ancha como la mencionada anteriormente consume aproximadamente 10 pies de hilo, por un costo material de alrededor de 30 centavos por antena. Eso es 24 veces menos costoso que cuando Volakis y Kiourti crearon antenas similares en 2014.

En parte, los ahorros en costos se obtienen al usar menos hilo por bordado. Los investigadores previamente tenían que apilar el hilo más grueso en dos capas, una encima de la otra, para hacer que la antena lleve una señal eléctrica lo suficientemente fuerte. Pero al refinar la técnica desarrollada por ella y Volakis, Kiourti pudo crear las nuevas antenas de alta precisión en una sola capa bordada del hilo más fino. Entonces ahora el proceso toma la mitad del tiempo: solo unos 15 minutos para la antena de banda ancha mencionada anteriormente.

También incorporó algunas técnicas comunes a la fabricación de microelectrónica para agregar piezas a antenas y circuitos bordados.

Una antena prototipo parece una espiral y puede bordarse en la ropa para mejorar la recepción de la señal del teléfono celular. Otro prototipo, una antena estirable con un chip RFID integrado (identificación de radiofrecuencia) integrado en goma, lleva las aplicaciones de la tecnología más allá de la ropa. (El último objeto fue parte de un estudio hecho para un fabricante de neumáticos).

Sin embargo, otro circuito se asemeja al logo Ohio State Block "O", con hilo escarlata y gris no conductor bordado entre los hilos de plata "para demostrar que los textiles electrónicos pueden ser tanto decorativos como funcionales", dijo Kiourti.

Pueden ser decorativos, pero las antenas bordadas y los circuitos realmente funcionan. Las pruebas mostraron que una antena espiral bordada que mide aproximadamente seis pulgadas a través de señales transmitidas a frecuencias de 1 a 5 GHz con una eficacia casi perfecta. El rendimiento sugiere que la espiral sería adecuada para Internet de banda ancha y comunicación celular.

En otras palabras, la camisa que lleva puesta puede ayudar a aumentar la recepción del teléfono inteligente o tableta que tiene en sus manos, o enviar señales a sus dispositivos con información sobre el desempeño físico o deportivo.

El trabajo encaja bien con el papel de Ohio State como socio fundador del Advanced Functional Fabrics of America Institute, un centro nacional de recursos de fabricación para la industria y el gobierno. El nuevo instituto, que se une a unas 50 universidades y socios industriales, fue anunciado a principios de este mes por el secretario de Defensa de Estados Unidos, Ashton Carter.

Syscom Advanced Materials en Columbus proporcionó los hilos usados en el trabajo inicial de Volakis y Kiourti. Los hilos más finos utilizados en este estudio fueron comprados al fabricante suizo Elektrisola. La investigación está financiada por la National Science Foundation, y Ohio State licenciará la tecnología para un mayor desarrollo.

Hasta entonces, Volakis está haciendo una lista de compras para la próxima fase del proyecto.

"Queremos una máquina de coser más grande", dijo.

El artículo original proviene de iconnect007