의류에 내장된 센서, 컨트롤러 및 기타 전자 장치는 우리가 컴퓨터 및 서로와 상호 작용하는 방식을 변화시킬 수 있습니다. 그러나 티셔츠를 전자 장치로 변환하기 위한 노력은 거대한 배터리로 전원을 공급하고 딱딱한 회로 기판을 사용하여 데이터를 처리해야 한다는 점 때문에 제약을 받아왔습니다.
오늘 발표된 연구 결과는 그렇지 않아도 된다는 것을 보여줍니다. 첨단 계층화된 섬유로 짠 직물은 환경으로부터 전자기 에너지를 수확하기 위해 몸과 결합하며, 배터리가 포함되어 있지 않습니다. 이러한 직물은 눈으로 쉽게 읽을 수 있는 간단한 센서로도 작동할 수 있으며, 무선 신호를 전송할 수도 있습니다. 이러한 섬유를 개발한 연구 팀에는 상해 동화 대학 재료과학 및 공학 대학에 소속된 Chengyi Hou, Hongzhi Wang, Qinghong Zhang 등이 포함되어 있습니다.
이번 포스팅에서는 IEEE Spectrum에 소개된 관련 내용을 전달하고자 합니다.
스마트 섬유
이 그룹은 이러한 스마트 섬유를 다양한 응용 프로그램에서 시연했습니다. 그들은 사람들의 발걸음을 감지하는 카펫, 직물 기반 게임 컨트롤러, 착용형 644픽셀 디스플레이 및 디스플레이에 표시할 메시지를 작성할 수 있는 직물 키보드를 만들었습니다.
이전에도 엔지니어들은 섬유 기반 터치 및 압력 센서를 포함한 유사한 스마트 직물을 만들어 왔습니다. 그러나 이전의 장치들은 모두 단단한 전원원과 통합 회로에 연결이 필요했습니다. 일리노이 주립 대학 어바나-샴페인 캠퍼스의 전기 및 컴퓨터 엔지니어인 윤주리는 “여전히 가방이나 주머니에 어딘가에 보드가 있어야 했습니다.” 라고 말합니다. 리는 현재의 연구에 참여하지 않았습니다. 새로운 섬유 기반 장치는 “단단하거나 딱딱한 것이 필요하지 않습니다.” 따라서 스마트 직물의 보급을 더 넓은 범위로 확대하는 데 장벽을 낮출 잠재력이 있습니다.
구성
이 섬유는 세 개의 층으로 구성됩니다. 은 도금 나일론 섬유 코어는 전파를 유도하는 안테나 역할을 합니다. 이것은 전자기 에너지를 저장할 수 있는 다이렉트릭 수지 층으로 코팅되어 있습니다. 사람이 터치할 때 섬유에 결합되는 전자기 에너지를 저장할 수 있습니다. 마지막으로, 섬유는 그 전자기 에너지에 반응하여 빛나는 외부 층으로 덮여 있습니다. 광학 층은 아연 및 구리 함유 인 화염 활성 물질로 혼합된 수지입니다. 섬유는 제조 중에 염색하여 색상을 변경할 수 있습니다.
인간 몸이 또 다른 중요한 구성 요소입니다. 예를 들어, 사람의 손가락 끝이 섬유의 특정 부분에 가까워지면, 전하가 그 자리에 저장됩니다. 충분한 전하가 축적되면, 광학 층이 흥분되어 빛을 발합니다. 그리고 누군가가 손가락을 섬유에 누르면, 전하가 더 강해집니다. 일정한 임계값 이상에서는 이 압력이 무선 신호를 생성합니다. 이를 통해 이러한 섬유로 만든 직물은 배터리나 논리 회로가 필요하지 않고도 간단한 촉각 센서로 작동할 수 있습니다.
활용도
이러한 섬유는 직물에 짜여 의류나 카펫을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 또한 전통적인 섬유와 혼합하여 자수 실로도 사용될 수 있습니다. 회로 기판이나 기타 부속품을 추가할 필요가 없으므로, 단순히 산업 기술을 사용하여 짜여질 수 있습니다. 연구원들은 섬유의 경도, 매끄러움 및 기타 특성을 조절하여 착용 시 편안하게 하기 위해 섬유를 맞춤 설정했습니다. 25회의 세탁 후에도 직물은 모습과 성능을 유지합니다.
리는 촉각 감지 섬유가 로봇을 훈련하는 데 필요한 촉각 데이터를 수집하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있을 것이라고 말합니다. 기존 모델에서 로봇에게 세계에 대해 가르치는 데 사용되는 대부분의 데이터(“기초 모델”라고 함)는 인터넷에서 제공되는 사진과 텍스트에 기반합니다. 그러나 우리는 환경을 탐색할 때 시각 정보보다 훨씬 더 많은 것을 사용합니다. 몸이 의자와 접촉하는 것을 느끼면 안정적인지 아니면 넘어질 위험이 있는지 알 수 있습니다. 재료를 자르는 동안 단순히 칼의 움직임을 관찰하는 것만으로 충분하지 않습니다. 자르는 것이 두부처럼 부드럽거나 당근처럼 단단한지 느낄 수 있다면, 저녁 식사가 더 맛있게 나올 것입니다.
Li는 촉각 감지 전자 섬유가 사용하기 쉽고 대규모 생산에 대한 뚜렷한 약속을 보여준다고 말하며, 이러한 종류의 정보를 수집하기 위해 사람들이 이러한 센서를 의류나 장갑에 착용할 수 있도록 그림을 그립니다.
마무리
이번 포스팅에서는 촉각 감지 전자 섬유가 사용하기 쉽고 대규모 생산에 대한 뚜렷한 약속을 보여주는 것을 살펴보았습니다. 이러한 섬유를 의류나 장갑에 착용하여 현실적인 기초 모델을 더 구축하기 위해 실제 세계의 촉각 데이터를 대규모로 수집하는 것이 더 쉬워질 수 있습니다. 이러한 기술의 발전은 로봇 공학과 인간-기계 상호작용 분야에 새로운 가능성을 제시할 것입니다.