Método mais barato para fazer telas tecidas e tecidos inteligentes

Pesquisadores desenvolveramtêxteis inteligentes de última geração – incorporando LEDs, sensores, coleta de energia e armazenamento – que podem ser produzidos de forma barata, em qualquer forma ou tamanho, usando as mesmas máquinas usadas para fazer as roupas que usamos todos os dias.

A equipe internacional, liderada pela Universidade de Cambridge, já havia demonstrado que telas tecidas podem ser feitas em tamanhos grandes, mas esses exemplos anteriores foram feitos usando equipamento de laboratório manual especializado. Outros têxteis inteligentes podem ser fabricados em instalações de fabricação microeletrônica especializadas, mas são muito caras e produzem grandes volumes de resíduos.

No entanto, a equipe descobriu que telas flexíveis e tecidos inteligentes podem ser fabricados de maneira muito mais barata e sustentável, tecendo componentes eletrônicos, optoeletrônicos, sensores e fibras energéticas nos mesmos teares industriais usados ​​para fabricar têxteis convencionais. Seus resultados, relatados na revista Science Advances, demonstram como os têxteis inteligentes podem ser uma alternativa aos eletrônicos maiores em setores como automotivo, eletrônicos, moda e construção.

Apesar do progresso recente no desenvolvimento de têxteis inteligentes, sua funcionalidade, dimensões e formas foram limitadas pelos processos de fabricação atuais.

"Poderíamos fabricar esses têxteis em instalações microeletrônicas especializadas, mas isso requer bilhões de libras de investimento", disse o Dr. Sanghyo Lee, do Departamento de Engenharia de Cambridge, o primeiro autor do artigo. "Além disso, a fabricação de têxteis inteligentes dessa maneira é altamente limitada, já que tudo deve ser feito nos mesmos wafers rígidos usados ​​para fazer circuitos integrados, então o tamanho máximo que podemos obter é de cerca de 30 centímetros de diâmetro."

"Têxteis inteligentes também foram limitados por sua falta de praticidade", disse o Dr. Luigi Occhipinti, também do Departamento de Engenharia, que co-liderou a pesquisa. "Você pensa no tipo de flexão, alongamento e dobra que os tecidos normais precisam suportar, e tem sido um desafio incorporar a mesma durabilidade em tecidos inteligentes."

No ano passado, alguns dos mesmos pesquisadores mostraram que, se as fibras usadas em têxteis inteligentes fossem revestidas com materiais que resistissem ao alongamento, elas poderiam ser compatíveis com os processos convencionais de tecelagem. Usando essa técnica, eles produziram uma tela de demonstração tecida de 46 polegadas.

Agora, os pesquisadores mostraram que os têxteis inteligentes podem ser feitos usando processos automatizados, sem limites de tamanho ou forma. Vários tipos de dispositivos de fibra, incluindo dispositivos de armazenamento de energia, diodos emissores de luz e transistores foram fabricados, encapsulados e misturados com fibras convencionais, sintéticas ou naturais, para construir tecidos inteligentes por tecelagem automatizada. Os dispositivos de fibra foram interconectados por um método automatizado de soldagem a laser com adesivo eletricamente condutivo.

Os processos foram todos otimizados para minimizar os danos aos componentes eletrônicos, o que, por sua vez, tornou os têxteis inteligentes duráveis ​​o suficiente para resistir ao alongamento de uma máquina de tecelagem industrial. O método de encapsulamento foi desenvolvido para considerar a funcionalidade dos dispositivos de fibra, e a força mecânica e a energia térmica foram investigadas sistematicamente para alcançar a tecelagem automatizada e a interconexão baseada em laser, respectivamente.

A equipe de pesquisa, trabalhando em parceria com fabricantes de têxteis, conseguiu produzir patches de teste de têxteis inteligentes de aproximadamente 50x50 centímetros, embora isso possa ser ampliado para dimensões maiores e produzidos em grandes volumes.

"Essas empresas têm linhas de fabricação bem estabelecidas com extrusoras de fibra de alto rendimento e grandes teares que podem tecer um metro quadrado de tecidos automaticamente", disse Lee. "Então, quando introduzimos as fibras inteligentes no processo, o resultado é basicamente um sistema eletrônico que é fabricado exatamente da mesma forma que outros tecidos são fabricados."

Os pesquisadores dizem que pode ser possível que telas e monitores grandes e flexíveis sejam fabricados em teares industriais, em vez de em instalações especializadas de fabricação de eletrônicos, o que os tornaria muito mais baratos de produzir. No entanto, é necessária uma otimização adicional do processo.