刺绣作为可穿戴电子产品的低成本解决方案

离散传感器和视觉洞察力

• 北卡罗来纳州立大学的研究人员已经在带有刺绣的服装中嵌入了一个自供电的数字触摸板和运动传感器，这可能会使可穿戴设备更便宜。
• 研究人员依赖于一种被称为“摩擦电效应”的发电方法，这种方法涉及利用两种不同材料之间交换的电子，比如静电。

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在织物上刺绣发电纱线是允许的北卡罗莱纳州立大学的研究人员将一个自供电的数字触摸板和运动传感器嵌入衣服。这项技术为制造可穿戴设备提供了一种低成本、可扩展的方法。

该研究的主要作者说:“我们的技术使用刺绣，这非常简单——你可以直接把纱线缝在织物上。荣阴他是北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学的助理教授。“在面料生产过程中，你不需要考虑任何关于可穿戴设备的问题。在服装制作完成后，你可以将发电纱线集成在一起。”

在研究在美国，研究人员测试了多种发电纱线的设计。为了使它们足够耐用，能够承受刺绣缝制过程中的张力和弯曲，他们最终使用了五根市上可用的铜线，这些铜线都有一层薄薄的聚氨酯涂层。然后，他们用另一种叫做聚四氟乙烯的材料把它们缝在棉织物上。

尹说:“这是一种低成本的方法，可以利用市面上的产品来制造可穿戴电子产品。”“我们原型机的电学性能与依赖相同发电机制的其他设计相当。”

研究人员依赖于一种被称为“摩擦电效应”的发电方法，这种方法涉及利用两种不同材料之间交换的电子，比如静电。他们发现，与他们测试的其他类型的织物(包括棉花和丝绸)相比，聚四氟乙烯织物在与涂有聚氨酯的铜线接触时，在电压和电流方面的性能最好。他们还测试了将刺绣样品涂在血浆中以增加效果。

“在我们的设计中，你有两层——一层是导电的，聚氨酯涂层的铜线，另一层是聚四氟乙烯，它们之间有一个间隙，”尹说。“当两种非导电材料相互接触时，一种材料会失去一些电子，另一种材料会得到一些电子。当你把它们连在一起时，就会有电流。”

研究人员通过在牛仔布上绣上聚四氟乙烯织物来测试他们的纱线作为运动传感器。他们将刺绣贴片放在手掌、腋下、肘部和膝盖上，以跟踪一个人移动时产生的电信号。他们还将带有刺绣的织物贴在鞋垫上，测试其作为计步器的用途，发现它们的电信号随着人是走、跑还是跳而变化。

最后，他们在手臂上的一个基于纺织品的数字键盘上测试纱线，他们在一块棉织物上刺绣数字，并将其连接到一块聚四氟乙烯织物上。根据人们在键盘上按下的数字，他们看到每个数字产生不同的电信号。

尹说:“你可以把我们的纱线绣在衣服上，当你移动时，它会产生电信号，这些信号可以用作传感器。”“当我们把刺绣放在鞋子里时，如果你在跑步，它会产生比你走路更高的电压。当我们把数字缝在织物上，然后按下它们，它会为每个数字产生不同的电压。它可以用作一个界面。”

由于纺织产品不可避免地会被清洗，他们通过一系列洗涤和摩擦测试来测试刺绣设计的耐久性。在手洗和用洗涤剂漂洗刺绣，并在烤箱中烘干后，他们发现电压没有差异或略有增加。对于被等离子体包裹的原型，他们发现与原始样品相比，其性能有所减弱，但仍有更高的性能。在一次磨损测试后，他们发现在10,000次摩擦循环后，他们设计的电输出性能没有明显变化。

在未来的工作中，他们计划将传感器与其他设备集成，以增加更多功能。

“下一步是将这些传感器集成到可穿戴系统中，”尹说。

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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