研究人员将眼睛刺绣作为制造可穿戴电子产品的低成本解决方案

将发电纱线刺绣到织物上，使研究人员能够将自供电的数字触摸板和运动传感器嵌入到衣服中。该技术为制造可穿戴设备提供了一种低成本、可扩展的潜在方法。

“我们的技术使用刺绣，这非常简单——你可以将我们的纱线直接缝在织物上，”该研究的主要作者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学助理教授RongYin说。“在面料生产过程中，你不需要考虑任何可穿戴设备。你可以在服装制成后整合发电纱线。”

在NanoEnergy发表的研究中，研究人员测试了多种发电纱线设计。为了使它们足够耐用以承受刺绣缝合过程中的张力和弯曲，他们最终使用了一组五根市售的铜线，这些铜线具有薄的聚氨酯涂层。然后，他们用另一种称为PTFE的材料将它们缝合到棉织物上。

“这是一种使用市售产品制造可穿戴电子产品的低成本方法，”尹说。“我们原型的电气特性与依赖相同发电机制的其他设计相当。”

研究人员依靠一种称为“摩擦电效应”的发电方法，该方法涉及利用两种不同材料交换的电子，例如静电。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，PTFE织物在与聚氨酯涂层铜线接触时在电压和电流方面具有最佳性能。他们还测试了在等离子中涂上刺绣样品以增加效果。

“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。当你将它们连接在一起时，就会产生电流。”

研究人员通过在牛仔布上绣上PTFE织物，测试了他们的纱线作为运动传感器的作用。他们将刺绣贴片放在手掌、手臂下方、肘部和膝盖处，以跟踪人移动时产生的电信号。他们还在鞋子的鞋垫上贴上带有刺绣的织物，以测试其作为计步器的用途，发现它们的电信号会根据人是走、跑还是跳而变化。

最后，他们在手臂上的基于纺织品的数字键盘上测试了他们的纱线，他们通过在一块棉织物​​上刺绣数字并将它们连接到一块PTFE织物上来制成。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。

“你可以将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，”尹说。“当我们把刺绣放在鞋子里时，如果你正在跑步，它会产生比你只是走路时更高的电压。当我们将数字缝在织物上并按下它们时，它会为每个数字产生不同的电压。它可能是用作接口。”

由于纺织品不可避免地会被洗涤，因此他们通过一系列洗涤和摩擦测试来测试其刺绣设计的耐用性。手洗并用洗涤剂漂洗刺绣，并在烤箱中烘干后，他们发现电压没有任何差异或略有升高。对于涂有等离子的原型，他们发现与原始样品相比，性能有所减弱但仍然优于原始样品。经过磨损测试，他们发现在10,000次摩擦循环后，其设计的电输出性能没有显着变化。

在未来的工作中，他们计划将他们的传感器与其他设备集成，以添加更多功能。

“下一步是将这些传感器集成到可穿戴系统中，”尹说。

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