L'archéologie révèle que les humains ont commencé à porter des vêtements il y a environ 170 000 ans, très près de l'avant dernière période glaciaire. Même maintenant, cependant, la plupart des humains modernes portent des vêtements qui ne diffèrent guère de ceux des tout premiers. Mais cela est sur le point de changer, car les composants électroniques flexibles sont de plus en plus intégrés dans ce que l’on appelle les «tissus intelligents».
Beaucoup d’entre eux sont déjà disponibles à l’achat, tels que les jambières qui offrent de légères vibrations pour faciliter le yoga, les t-shirts qui suivent les performances des joueurs et les soutiens-gorge de sport qui surveillent la fréquence cardiaque. Les tissus intelligents ont des utilisations potentiellement prometteuses dans les domaines de la santé (mesure du rythme cardiaque et de la tension artérielle des patients), de la défense (surveillance de la santé et du niveau d'activité des soldats), de la voiture (adaptation de la température des sièges pour rendre les passagers plus confortables) et même des villes intelligentes (communication avec les passants).
Idéalement, les composants électroniques de ces vêtements - capteurs, antennes pour la transmission de données et batteries pour l’alimentation - seront petits, flexibles et largement inaperçus par leurs porteurs. C'est le cas aujourd'hui pour les capteurs, dont beaucoup sont même lavables en machine. Mais la plupart des antennes et des batteries sont rigides et non étanches. Elles doivent donc être détachées des vêtements avant de les laver.
Mon travail au laboratoire ElectroScience de l’Ohio State University vise à fabriquer des antennes et des sources d’énergie tout aussi souples que lavables. Plus précisément, nous brodons de l'électronique directement dans les tissus à l'aide de fils conducteurs, que nous appelons «fils électroniques».
Broderie d'antenne
Une antenne brodée (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Les e-threads avec lesquels nous travaillons sont des faisceaux de filaments de polymère torsadés destinés à fournir de la résistance, chacun recouvert d'un revêtement à base de métal pour conduire l'électricité. Le noyau en polymère de chaque filament est généralement constitué de Kevlar ou de Zylon, tandis que le revêtement qui l’entoure est en argent. Des dizaines voire des centaines de ces filaments sont ensuite torsadés pour former un seul fil électronique de moins d'un demi-millimètre de diamètre.
Ces e-threads peuvent être facilement utilisés avec le matériel de broderie commercial courant - les mêmes machines à coudre connectées à l'ordinateur que les gens utilisent tous les jours pour mettre leurs noms sur des vestes et des sweat-shirts de sport. Les antennes brodées sont légères et aussi bonnes que leurs homologues rigides en cuivre, et peuvent être aussi complexes que des cartes de circuit imprimé à la pointe de la technologie.
Nos antennes e-thread peuvent même être combinées avec des threads ordinaires dans des conceptions plus complexes, comme l'intégration d'antennes dans des logos d'entreprise ou d'autres conceptions. Nous avons réussi à broder des antennes sur des tissus aussi fins que des organza et aussi épais que du kevlar. Une fois brodés, les fils peuvent être connectés à des capteurs et à des batteries par des interconnexions flexibles ou à souder traditionnelles qui relient des composants entre eux.
Jusqu'à présent, nous avons été capables de créer des chapeaux intelligents qui lisent les signaux cérébraux profonds pour les patients atteints de Parkinson ou d'épilepsie. Nous avons brodé des t-shirts avec des antennes qui élargissent la portée des signaux Wi-Fi vers le téléphone portable du porteur. Nous avons également fabriqué des nattes et des draps de lit pour surveiller la taille des nourrissons afin de dépister divers problèmes de santé. Et nous avons fabriqué des antennes pliables qui mesurent le degré de pliage ou d'élévation de la surface sur laquelle se trouve le tissu.
Aller au-delà de l'antenne
Mon laboratoire travaille également avec d'autres chercheurs de l'État de l'Ohio, y compris la chimiste Anne Co et le médecin Chandan Sen, pour créer des générateurs de puissance miniatures flexibles à base de tissus.
Imprimés sur du tissu, les métaux peuvent générer de l’énergie. (Laboratoire ElectroScience, CC BY-ND) Nous utilisons un processus similaire à l'impression par jet d'encre pour placer des zones alternées de points d'argent et de zinc sur le tissu. Lorsque ces métaux entrent en contact avec la sueur, les sécrétions salines ou même les fluides des plaies, l'argent sert d'électrode positive et le zinc sert d'électrode négative - et de l'électricité circule entre elles.
Nous avons généré de petites quantités d'électricité simplement en humidifiant le tissu, sans avoir besoin de circuits ou de composants supplémentaires. C'est une source d'alimentation entièrement flexible et lavable qui peut se connecter à d'autres appareils électroniques portables, éliminant ainsi le besoin de piles conventionnelles.
Ensemble et individuellement, ces composants électroniques flexibles et portables transformeront les vêtements en dispositifs connectés, sensibles à la détection et communicants, qui s'intègrent parfaitement au tissu du 21ème siècle interconnecté.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Asimina Kiourti, professeure adjointe de génie électrique et informatique, Ohio State University
