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18 Avr, 2024

Ces textiles électroniques n’ont besoin ni de puces ni de piles

Ces textiles électroniques n’ont besoin ni de puces ni de piles

Les fibres souples s’illuminent et envoient des signaux sans fil au bout du doigt

Des capteurs, des contrôleurs et d’autres dispositifs électroniques intégrés dans les vêtements pourraient changer la façon dont nous interagissons avec les ordinateurs et entre nous. Mais les efforts visant à transformer les T-shirts en appareils électroniques ont été entravés par la nécessité de les alimenter avec des piles encombrantes et de traiter leurs données à l’aide de cartes de circuits imprimés rigides.

Des recherches publiées aujourd’hui dans Science montrent qu’il n’est pas nécessaire d’en arriver là. Des textiles tissés à partir de fibres superposées de haute technologie s’associent au corps pour capter l’énergie électromagnétique de l’environnement, sans la présence de batteries. Les textiles peuvent également servir de capteurs simples, faciles à lire à l’œil nu, ou émettre un signal sans fil. L’équipe de recherche à l’origine de ces fibres comprend Chengyi Hou, Hongzhi Wang et Qinghong Zhang, qui travaillent à la faculté de science et d’ingénierie des matériaux de l’université Donghua de Shanghai.

Le groupe a fait la démonstration de ces fibres intelligentes dans diverses applications. Ils ont fabriqué un tapis qui détecte les pas des gens, une manette de jeu en textile, un écran portable de 644 pixels et un clavier en textile qui peut être utilisé pour écrire des messages à afficher sur l’écran.

An animated gif clipped from a movie showing a finger moving on a surface on the right, while pixels light up on the opposite side as the finger moves.

L’électronique textile sans fil des chercheurs permet un affichage tactile à motifs de pixels sans puce ni batterie.

Les ingénieurs ont déjà réalisé des textiles intelligents similaires, notamment des capteurs tactiles et de pression à base de fibres. Mais les dispositifs précédents nécessitaient tous une connexion à des sources d’énergie rigides et à des circuits intégrés. « Il fallait toujours avoir une carte quelque part, dans un sac à dos ou dans une poche », explique Yunzhu Li, ingénieur en électricité et en informatique à l’université de l’Illinois Urbana-Champaign. Ce dernier n’a pas participé à la recherche actuelle. Les nouveaux dispositifs à base de fibres « ne nécessitent rien de dur ou de rigide », ajoute-t-il. Ils pourraient donc réduire les obstacles à une utilisation plus répandue des textiles intelligents.

Les fibres sont composées de trois couches. Un noyau de fibres de nylon argentées agit comme une antenne, induisant un champ électromagnétique. Il est recouvert d’une couche de résine diélectrique, qui peut stocker l’énergie électromagnétique qui se couple à la fibre lorsqu’une personne la touche. Enfin, la fibre est recouverte d’une couche externe qui s’illumine en réponse à cette énergie électromagnétique. La couche optique est une résine mélangée à du phosphore contenant du zinc et du cuivre. Les fibres peuvent être teintes en cours de fabrication pour changer de couleur.

Il suffit de placer la fibre à couplage corporel des chercheurs sur la main pour obtenir une puissance suffisante pour l’illuminer.

Le corps humain est l’autre élément critique. Lorsque le bout du doigt d’une personne, par exemple, s’approche d’un point particulier de la fibre, des charges sont stockées à cet endroit. Lorsqu’une charge suffisante s’accumule, elle excite la couche optique, qui s’illumine. Lorsque quelqu’un appuie le bout de son doigt sur la fibre, la charge s’intensifie. Au-delà d’un certain seuil, cette pression génère un signal sans fil. Les textiles fabriqués à partir de ces fibres peuvent ainsi servir de simples capteurs tactiles sans nécessiter de piles ou de circuits logiques.

Mécanisme d’action des fibres intelligentes « couplées au corps humain » et leur comparaison avec les textiles électroniques traditionnels

Un chercheur fait la démonstration d’un textile couplé au corps qui intègre des motifs lumineux sans fil et un écran sans puce.

Ces fibres peuvent être tissées dans des textiles et utilisées pour fabriquer des vêtements ou des tapis. Elles peuvent également être utilisées comme fil à broder, mélangées à des fibres plus conventionnelles. Comme il n’est pas nécessaire d’ajouter des circuits imprimés ou d’autres éléments supplémentaires, elles peuvent simplement être tissées à l’aide de techniques industrielles. Les chercheurs ont adapté les fibres pour qu’elles soient agréables à porter en ajustant leur rigidité, leur douceur et d’autres qualités. Après 25 lavages, les textiles conservent leur apparence et leurs performances.

(Schéma schématique de la récupération d’énergie électromagnétique couplée au corps humain)

Selon Yunzhu Li, les fibres sensibles au toucher pourraient faciliter la collecte des données tactiles nécessaires à la formation des robots. La plupart des données des modèles existants utilisés pour enseigner le monde aux robots (appelés « modèles de base ») sont basées sur des photos et des textes disponibles sur l’internet. Or, nous utilisons bien plus que des informations visuelles pour naviguer dans notre environnement.

Sentir le contact de son corps avec une chaise permet de savoir si l’on est stable ou si l’on est sur le point de tomber. Lorsque vous coupez des ingrédients, il ne suffit pas d’observer les mouvements du couteau. Si vous pouvez sentir si ce que vous coupez est mou comme le tofu ou dur comme une carotte, le dîner n’en sera que meilleur.

Les fibres électroniques tactiles sont si faciles à utiliser et si prometteuses pour la fabrication à grande échelle qu’elles pourraient faciliter la collecte d’énormes quantités de données tactiles réelles afin de créer des modèles de fondation plus réalistes, explique M. Li. Il imagine des personnes portant ces capteurs dans leurs vêtements ou dans des gants pour recueillir ce type d’informations.

« Les textiles électroniques ouvrent de nombreuses perspectives dans le domaine de l’informatique omniprésente, car les textiles sont omniprésents dans la vie quotidienne », explique Yunzhu Li.

https://english.dhu.edu.cn/2024/0411/c20972a341923/page.htm

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3755