Επιστήμονες του ETH Zurich ανέπτυξαν “έξυπνα” υφάσματα που βασίζονται σε ηχητικά κύματα αντί για ηλεκτρονικά κυκλώματα, επιτρέποντας την ακριβή ανίχνευση αφής, πίεσης και κίνησης.. Αυτά τα πρωτοποριακά υφάσματα, ελαφριά και χαμηλού κόστους, προσφέρουν πληθώρα δυνατοτήτων για χρήση στην ιατρική, τον αθλητισμό και την καθημερινή ζωή.
Με επικεφαλής τον καθηγητή Ντάνιελ Αχμέντ, οι επιστήμονες μετέτρεψαν συμβατικά υφάσματα σε έξυπνους αισθητήρες που ανιχνεύουν το άγγιγμα, την πίεση και την κίνηση μέσω μιας καινοτόμου μεθόδου: ηχητικά κύματα τα οποία διαδίδονται μέσα από υαλοΐνες.
«Ενώ έχει ήδη διεξαχθεί έρευνα πάνω σε έξυπνα υφάσματα βασισμένα στην ακουστική, εμείς είμαστε οι πρώτοι που εξερευνούμε τη χρήση γυάλινων ινών σε συνδυασμό με σήματα διαφορετικών συχνοτήτων», δήλωσε ο Yingqiang Wang, πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
«Χρησιμοποιήσαμε υπερηχητικές συχνότητες, περίπου στα 100 κιλοχέρτζ – πολύ πάνω από το όριο της ανθρώπινης ακοής (20 Hz έως 20 kHz)» πρόσθεσε.
Το ύφασμα «αισθάνεται» τις συχνότητες
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν υαλοΐνες μέσα στο ύφασμα. Κάθε ίνα διαθέτει έναν μικρό πομπό στη μία άκρη που εκπέμπει ηχητικά κύματα, ενώ η άλλη άκρη συνδέεται με δέκτη που ανιχνεύει τυχόν αλλαγές στα κύματα. Καθώς κάθε πομπός λειτουργεί σε μοναδική συχνότητα, ο εντοπισμός των αλλαγών γίνεται με ελάχιστη υπολογιστική ισχύ – ξεπερνώντας τα προβλήματα υπερφόρτωσης δεδομένων που παρουσίαζαν αλλα «έξυπνα» υφάσματα.
Όταν μια ίνα λυγίζει ή μετακινείται, το μήκος των ηχητικών κυμάτων που τη διαπερνούν αλλάζει, χάνοντας ενέργεια. Σε ένα μπλουζάκι, αυτό μπορεί να προκληθεί από την κίνηση του σώματος ή ακόμη και από την αναπνοή.
«Στο μέλλον, τα δεδομένα θα μπορούν να αποστέλλονται απευθείας σε έναν υπολογιστή ή smartphone σε πραγματικό χρόνο», εξήγησε ο Αχμέντ.
Νήματα που αλληλεπιδρούν
Το σύστημα, το οποίο έχει ήδη δοκιμαστεί επιτυχώς στο εργαστήριο, έχει πολλαπλές εφαρμογές. Το μπλουζάκι θα μπορούσε να παρακολουθεί την αναπνοή ασθενών με άσθμα και να ειδοποιεί σε περίπτωση κρίσης. Οι αθλητές θα μπορούσαν να λαμβάνουν πληροφορίες ώστε να βελτιώνουν τις επιδόσεις τους και να μειώνουν τον κίνδυνο τραυματισμού.
Η τεχνολογία έχει επίσης εφαρμογές στη μετάφραση της νοηματικής γλώσσας, με γάντια που θα μετατρέπουν τις χειρονομίες σε κείμενο ή φωνή σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, τα καινοτόμα υφάσματα SonoTextiles θα μπορούσαν να αναβαθμίσουν την εμπειρία της εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας, επιτρέποντας πιο ρεαλιστική και αβίαστη αλληλεπίδραση με το περιβάλλον.
«Τα SonoTextiles θα μπορούσαν ακόμα και να μετρούν τη στάση σώματος και να βελτιώνουν την ποιότητα ζωής ως βοηθητική τεχνολογία», προσθέτει ο Chaochao Sun, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Άτομα που θέλουν να βελτιώσουν τη στάση του σώματός τους θα μπορούσαν να λαμβάνουν εξατομικευμένες υποδείξεις, ενώ οι χρήστες αναπηρικών αμαξιδίων θα ειδοποιούνται εγκαίρως για την ανάγκη αλλαγής θέσης, συμβάλλοντας έτσι στην πρόληψη των κατακλίσεων.
Επόμενα βήματα
Αν και οι υαλοΐνες λειτούργησαν αποτελεσματικά ως αγωγοί ήχου, υπάρχει ο κίνδυνος να είναι εύθραυστες και να σπάνε κατά την καθημερινή χρήση.
«Το θετικό είναι ότι μπορούμε εύκολα να τις αντικαταστήσουμε με μεταλλικές ίνες. Ο ήχος διαδίδεται αποτελεσματικά και μέσω μετάλλου», σημείωσε ο ερευνητής.
Η ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει τη στιβαρότητα του συστήματος και να εξετάσει καλύτερους τρόπους ενσωμάτωσης της ηλεκτρονικής στα υφάσματα – με στόχο μεγαλύτερη ακρίβεια, άνεση, ανθεκτικότητα στο πλύσιμο, χαμηλό κόστος και ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Electronics.
