Maailman ensimmäinen kosketusnäyttö vaatteeseen

”Tämän mahdollisti kykymme rakentaa graafinen käyttöliittymäjärjestelmä kuitumuotoisista elektronisista rakenneosista – perinteisen langan tavoin, mutta hienostuneella elektronisella toiminnallisuudella, joka on valmistettu suoraan kuituihin”, sanoo apulaisprofessori Tural Khudiyev.

Kuitupohjaisen vaatenäytön rakentamiseksi NUS-tiimi kehitti ohjelmoitavan menetelmän, joka luo liitäntäpisteitä pienten, eristettyjen johtimien varrelle juuri niihin kohtiin, joihin kukin mikrosiru niitä tarvitsee. Laser paljastaa nämä kohdat, ja hallittu pinnan kostutus ohjaa sulaa juotetta sitoutumaan vain ohjelmoituihin pisteisiin. Tämän ansiosta tiimi pystyi integroimaan yli 5 000 sirua yli 20 000 sähköliitännän kautta.

Yhdistettyjen digitaalisten ledien nauha integroitiin sitten monikerroksiseksi kuiduksi lämpövetomenetelmällä, joka mahdollistaa kosketusherkkien ja pikselikerrosten tarkan muodostamisen vain millimetrin paksuiseen ja 10 metriä pitkään säikeeseen. Ledien alla oleva kerros aistii kosketuksen – kuidun painaminen sulkee piirin, ja signaali paljastaa tarkalleen, mihin sormesi osui, joten lähimpänä oleva pikseli syttyy.

”Kuidulla on yksiulotteinen, aksiaalisesti symmetrinen geometria, mikä vaikeuttaa monimutkaisten piirien rakentamista perinteiselle kaksiulotteiselle elektroniikalle kehitetyillä menetelmillä”, lisäsi apulaisprofessori Khudiyev. ”Ylitimme tämän rajoituksen uuden liitäntäarkkitehtuurin avulla, joka mahdollistaa tuhansien mikroelektronisten piirien integroinnin ja liitännät kuitua pitkin.”

Tiimin prototyypissä 54 pikselikuitua, joissa kussakin oli 96 LEDiä, pujotettiin kyynärvarren holkkiin muodostaen 96 x 54 pikselin näytön, jonka mitat olivat 168 mm x 105 mm ja joka virkistää 30 kuvaa sekunnissa 8-bittisellä värisyvyydellä.

Jokaisella kuidulla on oma ohjauskanavansa, joten yhden linjan vika jättää naapurikuidut toimimaan normaalisti, ja järjestelmä voi rekisteröidä useita kosketuksia kerralla. Pikselikuitujen rinnalle tiimi integroi samalla tavalla valmistetut oheiskuidut, joissa on mikrofoni, kaiutin ja antureita, jotka seuraavat liikettä, löytävät magneettisen pohjoisen, mittaavat lämpötilaa ja arvioivat ympäristön kirkkautta.

Yhdessä kuidut tukevat toimintoja, joita älypuhelinten varhaiset sukupolvet pystyivät suorittamaan: laskimen käyttöä, valokuvagallerian näyttämistä, videon toistamista 30 kuvaa sekunnissa, kompassin käyttöä, äänikomennoihin vastaamista ja kuvien vastaanottamista Bluetoothin kautta. Ne voivat jopa kiertää näyttöä ja säätää kirkkautta automaattisesti. Kainaloon asetettu lämpötilaa mittaava kuitu antaa hihan lukea ja näyttää kehon lämpötilan.

Merkittävää on, että vaate käyttäytyy edelleen kuin kangas. Valontuotto ja kosketusherkkyys pysyivät lähes muuttumattomina 50 pesukerran jälkeen tyypillisessä pesukoneessa ja 1 000 taivutuksen jälkeen 5 mm:n säteellä. Lisäksi sisäänrakennettu näyttö on yhtä hengittävä kuin puuvilla, polyesteri ja denim, ja se pysyy ihokosketuksen osalta vahvistettujen turvallisuusrajojen sisällä.

Aiheesta aiemmin:

Kudottavia ohuita puolijohdekuituja

Pesunkestävää kangaselektroniikkaa