Ткань вместо кнопки: новый трикотаж считает шаги и управляет светом
Обычная вязка может выполнять функции механического переключателя. Инженеры Гарварда создали материал, который меняет устойчивую форму при растяжении, а с помощью проводящей нити способен регистрировать движение ноги или управлять светодиодами, сообщает Earth.com.
В основе технологии лежат напряжения, которые появляются еще во время машинного вязания. Натянутая пряжа становится более чем вдвое длиннее своего исходного состояния, а после схода с игл стремится сократиться. Однако система переплетенных петель не дает ей полностью восстановиться. В результате внутри полотна сохраняется механическое напряжение, которое заставляет материал изгибаться.
Исследователи решили не бороться с этим эффектом, а управлять им при помощи рисунка вязки. Для выбранной схемы из блоков существовало 65 536 вариантов расположения элементов. В лаборатории изготовили три образца — Step, Windmill и H-образный. Последний при растяжении резко переходил из одной конфигурации в другую и после прекращения воздействия сохранял полученную форму. Такое свойство называют мультистабильностью.
Эффект оказался связан прежде всего с геометрией структуры, а не с конкретной пряжей. Аналогичное поведение удалось получить со 100-процентной шерстью и смесью с волокном rayon, а также при изменении размеров петель. Дополнительные испытания разных вариантов H-образного рисунка показали, что небольшие изменения его пропорций могут определять, будет ли материал иметь одно или несколько устойчивых состояний.
Чтобы превратить механику ткани в электрический сигнал, в полотно добавили посеребренную проводящую пряжу. При изменении конфигурации отдельные участки соприкасались либо расходились, замыкая или разрывая цепь. Механическое переключение при этом можно почувствовать: изменение усилия примерно в десять раз превосходило минимальное воздействие, воспринимаемое кожей.
Один из прототипов закрепили с внутренней стороны колена. При каждом сгибании контакт замыкался, а небольшая плата Arduino фиксировала цикл как шаг и выводила результат на экран. В варианте для локтя выпрямление руки размыкало цепь и зажигало LED-стрелку на рукаве.
Еще один демонстрационный образец превратили в небольшой светильник. В одном вязаном полотне разместили три механических переключателя, каждый из которых был соединен со своим светодиодом. Вместе с электроникой устройство весило около 70 г, а изготовление его текстильной части на машине занимало примерно 25 минут.
Пока компьютерная модель воспроизводит поведение такой ткани лишь с ограничениями. В ней сложное переплетение нитей заменено двумя сплошными слоями, а влияние внутреннего трения описывается единым параметром демпфирования. Изменение этого показателя способно заметно менять результат расчетов.
Теперь исследователи хотят создать систему, которая сможет определять будущую форму и характер механического переключения непосредственно по рисунку вязки. Пространство для экспериментов остается огромным: из 65 536 предусмотренных выбранной схемой вариантов физически изготовлены лишь три, еще 65 533 пока не проверены.