将电路绣在衣服上？智能衣服将离现实更近
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导言
随着可穿戴技术的发展，越来越多的穿戴设备变得小巧，轻薄，省电。各种各样的手表，手环，头戴设备变得智能化。但是为了穿戴的舒适性，将我们日常的衣服变得智能化，一直是研究人员不懈追求的目标。
最近，俄亥俄州立大学的研究人员在智能衣物方面，取得了重大突破。他们能够以0.1毫米的精度，将电路绣进布料中。这样的高精度，让传感器，内存等电子设备集成到衣物中成为可能。
研究的进展
这项研究由俄亥俄州立大学的ElectroScience实验室的主任John Volakis，和研究科学家Asimina Kiourti共同开展。
研究人员重新定义了具有专利的纺织品制造技术，设计了一种低成本的穿戴设备原型。他们正在申请新专利，并且将研究成果发表的在IEEE天线和无线传播的期刊上。
(图片来源于：俄亥俄州立大学)
在Volakis的实验室中，功能性纺织品，被称作““e-textiles”，由一种特殊的桌面缝纫机制造。这样的机器很适合放在织物工匠和爱好者的家里。
和其他的现代缝纫机一样，它基于电脑文件中设定的模式，将线自动的绣进织物中。研究人员使用纯银线代替普通的线，一旦绣进去织物中，摸起来就像传统的线一样
(图片来源于：俄亥俄州立大学)
功能化绣花
如何才能功能化绣花形状呢？如何才能和手机一样在有效的频率下传递信号呢？
刺绣的形状决定了天线或者电路的操作频率。举例说，一个宽频天线，由多于六个联锁几何形状组成，每个比指甲稍微大一点，形成一个具有几英寸的缠绕的圆形。每一个圆形在不同的频率下传输能量，所以他们在一起工作的时候，覆盖了一个广泛的能量频谱，因为“宽频”能够支持手机和网络的接入。
研究人员设计了精确的金属印刷电路板，并且利用这种精确性，来集成接收器和其他电子元器件。
研究人员一开始的目标，Kiourti补充道，仅仅是尽可能增加刺绣技术的精确性，这需要使用纯银线。
但是，这样带来一个问题，那种纯银线不能像粗线一样，提供表面导电性。所以，他们只有找到了一种合适的方法，将纯银线变成绣花的形状，从而提高表面的导电性，增强天线或者传感器的性能。
(图片来源于：俄亥俄州立大学)
以前，研究人员曾经使用0.5毫米直径的镀银聚合物线，每根线由600个更加细的细丝缠绕在一起。而现在这种新线具有0.1毫米的直径，只有7根细丝。每个细丝中间是铜，外面涂上纯银。
材料的成本
他们购买这种线，每英尺花费3美分。Kiourti评估这种绣单个宽频天线，需要消耗10英尺的线，每个天线大概花费30美分，是比Volakis 和 Kiourti2014年设计的天线成本24分之一还要少。
(图片来源于：俄亥俄州立大学)
在过去，这种成本节省来源于每个刺绣使用更少的线。研究人员必须将粗线堆成两层，一层在另外一层上面，让天线携带更加强的电子信号。
现在，通过她和Volakis开发的改进技术，高精度天线只有一层更细线的刺绣。所以，现在只需要花一半的时间处理，花销为15分钟。
材料的来源
哥伦布市的Syscom先进材料提供Volakis 和 Kiourti的初始研究使用的线。研究中使用到的更细的线由瑞士一家制造商Elektrisola处采购。
产品原型造型
一个原型天线看上去像一个螺旋一样，并且可以绣进衣服来提高手机信号的接受。另外一个原型，集成嵌入在橡胶中的RFID的可扩展天线，后者的研究对象是一个轮胎制造商。
另外一个电路像俄亥俄州的街区“O”标记，具有非导电的深红色和灰色的绣在银线之间，展示了e-textiles可以同时具有装饰和导电功能。
(图片来源于：俄亥俄州立大学)
他们可能是装饰，但是刺绣的天线和电路实际上都可以工作。测试展示了一个刺绣的螺旋状的天线，通过近乎完美的效率，传输1GHz到5GHz的频率的信号，测量大约六英尺。这个性能展示了螺旋对于宽频网络和小区通信的便利性。
换句话说，你身上的衬衫可以帮助提高智能手机或者平板的接受性，或者发送信号到你的健康或者运动表现数据到你的设备上。
Volakis正在为项目的下个阶段制作采购清单。研究团队可能需要一个更大的缝纫机。
俄亥俄州立大学的研究人员，下一步将通过这项技术，设计功能性纺织品。这些衣物可以用来搜集，存储或者传输数字信息。
通这基于这项技术的进一步开发，T恤可以成为智能手机或者平板的天线，训练衫可以检测你的健康等级，运动衫检测运动员的表现，绷带可以让医生知道患者组织恢复的状况，或者纺织品帽子可以用来监测你的脑电波。
“这是纺织品制造业一个革命性的里程碑，”俄亥俄州立大学电子工程系的教授Volakis说，“我们相信功能性纺织品能够让应用于沟通和感知领域，并且有一天甚至应用于医疗领域，例如医学成像和健康检测。”
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