Metodo più economico per realizzare display intrecciati e tessuti intelligenti

I ricercatori hanno sviluppatotessuti intelligenti di prossima generazione – che incorporano LED, sensori, raccolta e stoccaggio di energia – che possono essere prodotti a basso costo, in qualsiasi forma o dimensione, utilizzando le stesse macchine utilizzate per realizzare gli indumenti che indossiamo ogni giorno.

Il team internazionale, guidato dall’Università di Cambridge, ha già dimostrato in precedenza che è possibile realizzare espositori tessuti di grandi dimensioni, ma questi primi esempi sono stati realizzati utilizzando attrezzature di laboratorio manuali specializzate. Altri tessuti intelligenti possono essere fabbricati in impianti specializzati di fabbricazione microelettronica, ma questi sono molto costosi e producono grandi volumi di rifiuti.

Tuttavia, il team ha scoperto che display flessibili e tessuti intelligenti possono essere realizzati in modo molto più economico e più sostenibile, tessendo componenti elettronici, optoelettronici, di rilevamento e di fibre energetiche sugli stessi telai industriali utilizzati per realizzare tessuti convenzionali. I loro risultati, riportati sulla rivista Science Advances, dimostrano come i tessuti intelligenti potrebbero essere un’alternativa all’elettronica più ampia in settori quali quello automobilistico, elettronico, della moda e dell’edilizia.

Nonostante i recenti progressi nello sviluppo di tessuti intelligenti, la loro funzionalità, dimensioni e forme sono state limitate dagli attuali processi di produzione.

"Potremmo produrre questi tessuti in strutture microelettroniche specializzate, ma questi richiedono miliardi di sterline di investimenti", ha affermato il dottor Sanghyo Lee del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, il primo autore dell'articolo. "Inoltre, la produzione di tessuti intelligenti in questo modo è molto limitata, poiché tutto deve essere realizzato sugli stessi wafer rigidi utilizzati per realizzare circuiti integrati, quindi la dimensione massima che possiamo ottenere è di circa 30 centimetri di diametro."

"I tessuti intelligenti sono stati limitati anche dalla loro mancanza di praticità", ha affermato il dott. Luigi Occhipinti, anch'egli del Dipartimento di Ingegneria, che ha co-diretto la ricerca. "Pensi al tipo di flessione, allungamento e piegatura che i normali tessuti devono sopportare, ed è stata una sfida incorporare quella stessa durabilità nei tessuti intelligenti."

L’anno scorso, alcuni degli stessi ricercatori hanno dimostrato che se le fibre utilizzate nei tessuti intelligenti fossero rivestite con materiali in grado di resistere allo stiramento, potrebbero essere compatibili con i processi di tessitura convenzionali. Utilizzando questa tecnica, hanno prodotto un display dimostrativo tessuto da 46 pollici.

Ora, i ricercatori hanno dimostrato che i tessuti intelligenti possono essere realizzati utilizzando processi automatizzati, senza limiti di dimensione o forma. Diversi tipi di dispositivi in ​​fibra, inclusi dispositivi di accumulo di energia, diodi emettitori di luce e transistor sono stati fabbricati, incapsulati e mescolati con fibre convenzionali, sintetiche o naturali, per costruire tessuti intelligenti mediante tessitura automatizzata. I dispositivi in ​​fibra sono stati interconnessi mediante un metodo di saldatura laser automatizzato con adesivo elettricamente conduttivo.

Tutti i processi sono stati ottimizzati per ridurre al minimo i danni ai componenti elettronici, il che a sua volta ha reso i tessuti intelligenti sufficientemente resistenti da resistere allo stiramento di una macchina per tessere industriale. Il metodo di incapsulamento è stato sviluppato per considerare la funzionalità dei dispositivi in ​​fibra e la forza meccanica e l'energia termica sono state studiate sistematicamente per ottenere rispettivamente la tessitura automatizzata e l'interconnessione basata su laser.

Il gruppo di ricerca, lavorando in collaborazione con produttori tessili, è stato in grado di produrre patch di prova di tessuti intelligenti di circa 50×50 centimetri, sebbene questi possano essere ingranditi a dimensioni maggiori e prodotti in grandi volumi.

"Queste aziende dispongono di linee di produzione ben consolidate con estrusori di fibre ad alta produttività e grandi macchine per tessere in grado di tessere automaticamente un metro quadrato di tessuto", ha affermato Lee. "Quindi, quando introduciamo le fibre intelligenti nel processo, il risultato è fondamentalmente un sistema elettronico che viene prodotto esattamente nello stesso modo in cui vengono fabbricati gli altri tessuti."

I ricercatori affermano che potrebbe essere possibile realizzare display e monitor grandi e flessibili su telai industriali, piuttosto che in impianti di produzione elettronica specializzati, il che li renderebbe molto più economici da produrre. È tuttavia necessaria un’ulteriore ottimizzazione del processo.