Легкая промышленность: «Умные» ткани для разных сфер жизни. Умные ткани – самый продвинутый текстиль для шитья одежды Международные патентные заявки

Международные патентные заявки

Уровень технологического развития
в россии

« Заделы»: наличие базовых знаний, компетенций,
инфроструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

ЭФФЕКТЫ

Облегчение жизни больных с хроническими заболеваниями.

Возможность личного контроля состояния своего здоровья вне зависимости от местонахождения.

Изменение отношения людей к здоровью и медицинским услугам: первичную информацию о состоянии своего здоровья они будут получать самостоятельно.

ОЦЕНКИ РЫНКА
$ 7,8   МЛРД

достигнет мировой рынок носимых медицинских устройств к 2020 году
(при среднегодовых темпах роста в 15%).
Самый крупный сегмент рынка будет у США. Наиболее быстро будет расти рынок Азиатско-Тихоокеанского региона, его темпы роста к указанному горизонту составят 23,8%.

ДРАЙВЕРЫ И БАРЬЕРЫ

Распространение носимых устройств мониторинга показателей здоровья.

Развитие персонализированной
медицины.

Разработки в области создания гибких компьютеров, проводов и т.п., которые можно вплетать в ткань без потери комфорта
и удобства.

Высокая себестоимость «умной» одежды сдерживает ее массовое распространение.

Отсутствие единых стандартов
и требований к такому виду одежды.

Недоверие людей к хранению
и передаче данных о здоровье.

МЕЖДУНАРОДНЫЕ НАУЧНЫЕ
ПУБЛИКАЦИИ

МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПАТЕНТНЫЕ
ЗАЯВКИ

О головокружительных достижениях науки и техники в области электроники, медицины и безопасности слышали все. «Умные» мобильные устройства, механические руки и сканеры отпечатков пальцев постепенно становятся неотъемлемой частью повседневности.

Однако развитие технологий происходит не только в этих областях, и текстильная промышленность - тому подтверждение. В лабораториях разрабатываются новые материалы, ученые создают новые волокна и совершенствуют существующие - и это только начало. За последнее время достигнут настолько потрясающий прогресс, что реальные новости науки и техники все больше напоминают вымыслы научной фантастики. Сегодня мы на нескольких примерах расскажем вам о том, в каком направлении развивается технология создания тканей, которые очень скоро могут стать обивкой вашего кресла.

Суперткани для чрезвычайных ситуаций

По мере появления новых технологий, высадки человека на Луну, гонки вооружений и проведения исследований в экстремальных климатических условиях человечество также меняло и совершенствовало свою одежду - ведь в пижаме в открытом космосе не погуляешь.
В связи с этим был разработан ряд суперволокон и тканей с использованием сверхэластичных нановолокон из никеля, меди и серебра незаметных для человеческого глаза, которые существенно улучшают характеристики тканей и идеально подходят для самых разных условий.

Разумеется, бóльшая часть инвестиций в научные исследования и совершенствование тканей для одежды приходится на военную промышленность, которая внимательно следит за всеми новинками, чтобы применить их для создания военной экипировки и снаряжения.

В настоящее время ведется разработка одежды, которая могла бы менять цвет в зависимости от окружающей обстановки, а также тканей, улучшающих защиту и связь между военными.

Подобное происходит и в аэрокосмической промышленности, где ведется работа над усовершенствованием тканей для скафандров. В данном случае речь идет не только о безопасности, но и об удобстве тканей, которое крайне важно для работы в открытом космосе. Эти требования актуальны и для других миссий, выполняемых в экстремальных условиях окружающей среды, когда одежда и спецкостюмы имеют важнейшее значение, спасая людей от огня, защищая от холода и влаги, предотвращая облучение радиацией и выполняя множество других функций.

Ткани для здоровья

И если выше мы говорили об экстремальных ситуациях, в которых большинство из нас вряд ли когда-либо окажется, настало время коснуться медицины, в которой простая ткань может спасти жизнь.

За последнее столетие по мере перехода спорта на профессиональный уровень вокруг него выросла целая индустрия, занимающаяся одеждой спортсменов, причем мы говорим отнюдь не о брендах спортивной одежды. К примеру, стоит упомянуть разработанное исследователями компании Philips нижнее белье, способное реагировать на изменения физических показателей и предупреждать о возможных проблемах с сердцем.

Или разработки бельгийского научно-исследовательского центра Centexbel, призванные способствовать реабилитации парализованных конечностей. В основе созданной ими технологии лежит электростимуляция, осуществляемая с помощью электродов, которые через волокна ткани передают микротоки на парализованный участок тела.

Распространение революционных технологий в области текстиля не прекращается: они проникают в мир моды, обивочных тканей и интерьерного дизайна. Уже сегодня демонстрируется одежда из волокон с микрокапсулами, которые меняют цвет одежды в зависимости от температуры и освещения, и одежда, которая отпугивает насекомых с помощью запаха, выделяемого тканью (®evolución mofeta).

При этом разработками инновационных и высокотехнологичных тканей занимаются не только в научных лабораториях. В мире моды можно привести пример французского дизайнера Оливье Лапиду, который использует при создании одежды передовые технологии, позволяющие шить куртки с регулируемой температурой ткани, и модельера Элизабет Сенневиль, которая решила сконструировать одежду, фильтрующую атмосферные загрязнения.

Еще один яркий пример инноваций в сфере текстиля () можно найти в наших лабораториях, где разработана технология Aquaclean®. Это особая пропитка для тканей (), использующихся для обивки, благодаря которой любые пятна можно удалить за считанные минуты с помощью небольшого количества воды.

Так что, как видите, технический прогресс затрагивает не только электронные устройства и машины. Он прямо влияет на нашу повседневную жизнь, все более облегчая быт.

Ткань из тефлона, меди, шерсти и светочувствительных волокон позволяет превращать энергию солнца и механического движения в электричество.

Технический прогресс начала XX в. не только дал нам самолёты, космос и прочее, он ещё и изрядно подтолкнул воображение писателей и художников. Многое из того, о чём мечтали в те годы, для нас теперь повседневная рутина, но немало идей так и остались в мире чистой фантазии - в том числе и те, что касаются одежды и связанных с ней приспособлений.

Примеры использования гибридной «умной» ткани: зарядка конденсатора, зарядка мобильного телефона, питание электронних часов и электролиз воды (Иллюстрация Jun Chen et al., Nature Energy 1: 16138 (2016). http://www.nature.com/articles/nenergy2016138)

С развитием различных технологий, таких, как трёхмерный принтер и сложносочинённые материалы, фантазии про «умную» одежду становятся всё более реальными, и мы даже можем купить кроссовки с самозавязывающимися шнурками, но, скажем, об одежде с встроенной автономной электроникой мы пока можем только мечтать. Тем не менее, прогресс на то и прогресс, чтобы превращать мечты в реальность.

Цзюнь Чэнь (Jun Chen ), И Хуан (Yi Huang ) и их коллеги из США и Китая разработали «умную» гибридную ткань, которая преобразует энергию солнца и механического движения в электричество. Она состоит лёгких полимерных волокон «солнечной панели», сплетенных с трибоэлектрическими наногенераторами (ТЭНГ). Трибоэлектричеством называют наведение заряда за счёт трения; так, например, мы заряжаем янтарь, когда натираем его шерстью.

Как устроена такая ткань? Композитные полимерные светочувствительные волокна и тефлоновые «ленты» служат нитями основы, а медная и цветная шерстяная нить – нитями уткА. Всё переплетается вместе на ткацком станке полотняным плетением (нити пересекаются через одну), с чередованием участков из «солнечных» волокон и ТЭНГ-полосками, либо в шахматном порядке. Итоговый материал получается толщиной около 0,3 мм.

Светочувствительные волокна состоят из проводящих сердцевины и оболочки, между которыми расположены слои оксида цинка и красителя. При поглощении солнечных лучей на поверхности между оксидом цинка и красителем происходит образование пар электрон-дырка (где дырка – носитель положительного заряда). Дырки отправляются внутрь волокна и по проводнику в сердцевине уходят на электрод. Тем временем электроны переходят с поверхности волокна на медные нити, переплетающие светочувствительное волокно, и «стекаются» на противоположно заряженный электрод. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую.

«Ленты» тефлона (политетрафториэтилена), нанесённые на тонкий проводник с обеих сторон, служат основой ТЭНГ. Медные нити, которые переплетают и их, соприкасаются с тефлоном при движении (то есть сгибах, натяжении и давлении на материал). Разность в энергии сродства электронов меди и фтора приводит к тому, что электроны перескакивают с поверхности меди на атомы фтора. В результате медный провод оказывается заряжен положительно, а полоска тефлона – отрицательно, после чего электроны «стекают» по проводнику на общий электрод.

Материаловеды протестировали разные виды плетения гибридной «ткани» и пришли к выводу, что при полотняном плетении площадь перекрытия светочувствительных волокон минимальна, что приводит к увеличению полезной поверхности для сбора энергии. Что касается ТЭНГ, то, как и в случае с «солнечной» частью ткани, полотняное плетение позволяет собирать энергию механического движения наиболее эффективно. Также оказалось, что хлопок рукой производит наибольшую мощность тока по сравнению со сгибанием материала.

Из возможных направлений сгибания ткани самым «мощным» в трибоэлектрическом смысле является сгиб вдоль полосок тефлона. Это нужно учитывать при крое, чтобы максимизировать мощность выработки электричества. Кроме того, выяснилось, что «солнечные» участки и ТЭНГ сильно отличаются по внутреннему сопротивлению, поэтому для оптимальной мощности фрагменты «умной» ткани нужно соединять с помощью диодов, которые ограничивают ток в одном из направлений и препятствуют короткому замыканию ТЭНГ.

«Полевые» исследования показали, что эффективность трибологического сбора энергии снижается с влажностью воздуха, но восстанавливается, если высушить ткань. Воздействие повышенной влажности воздуха можно свести к нулю ламинированием ТЭНГ, хотя это усложнит процесс создания ткани. Исследователи сплели лоскуток гибридной ткани размером 4х1 см – его оказалось достаточно, чтобы за 1 минуту при интенсивном освещении зарядить промышленный конденсатор ёмкостью в 2 миллифарада с напряжением до 2 вольт, который можно использовать для питания электронных часов или зарядки мобильного телефона.

Полностью результаты работы опубликованы в Nature Energy . Авторы статьи предлагают нашивать умную ткань на флаги, палатки, использовать её энергию для электролиза воды (альтернатива способу, предложенному в статье про и делать одежду со встроенной электроникой.

Проблема питания «носибельной» электроники тесно связана с экологичным производством электроэнергии как таковым. Конечно, это достаточно глобальная задача, но, как часто бывает, частные решения точечных проблем могут иметь далеко идущие последствия.

Гибкая и эффективная ткань, способная собирать энергию из окружающей среды для «электронной» одежды или обуви, возможно, является именно таким случаем. Вообще же применений «тканного электрогенератора» можно придумать очень много, и вопрос «а что ещё можно сделать с такой тканью?» даёт нам хороший повод перечитать научную фантастику первой половины прошлого века.

Спустя 29 лет предсказание фильма «Назад в будущее» сбылось: «умная» одежда стала частью нашей жизни. Теперь на полках магазинов можно встретить растущие куртки, лечащие футболки и даже кроссовки Марти Макфлая, которые сами завязывают шнурки. Взлет «умных» вещей на рынке подтверждают и аналитики: данные компании Juniper Research говорят о том, что продажи инновационной одежды продолжат расти и достигнут 1 миллиарда долларов к 2020 году. А со временем такие наряды превратятся из инновации в повседневные технологии для работы и жизни.

Бум на производство «умных» вещей пришелся на девяностые. Тогда к выпуску инновационной одежды присоединились дизайнеры. Первым коммерческим продуктом на стыке моды и науки стала куртка Philips и Levi Strauss. В нее встроили плеер, сотовый телефон и гарнитуру. В начале нулевых появились более сложные разработки, но они так и остались на стадии прототипа. Например, костюм Cyberia Survival Suit оснастили нагревательными элементами, датчиками, измеряющими пульс, температуру, влажность и положение тела. Но конструкция была слишком сложной и тяжелой, чтобы ее носить.

Сегодня разработчики «умной» одежды ищут баланс между стилем, удобством и технологичностью. Появляются вещи со встроенными датчиками и компьютерами, которые незаметны для носителя одежды, и даже шьются они из «поумневшего» текстиля.

Заботливая одежда

Одно из направлений в разработке «умной» одежды — безопасность: технологии создаются, чтобы оберегать людей от несчастных случаев на производстве. Например, команда китайского балкера Great Intelligence носит «умные» спасательные жилеты. Они сообщат оператору, если моряк упал за борт, и помогут определить, где он находится. С таким жилетом человек не потеряется даже ночью или в шторм, а капитан будет в курсе ситуации на корабле.

Травмы можно получить не только в условиях повышенной опасности, но и во время банальных занятий спортом. Растяжения после неправильного бега — частое явление среди профессионалов и новичков. Чтобы снизить количество травм, компания Heapsylon разработала носки, которые мониторят нагрузку на стопу и лодыжку во время тренировки. В носки вшиты сенсоры давления: они собирают данные во время бега и сразу передают их в мобильное приложение.

Применение смарт-одежде нашлось и в детских вещах. Чтобы помочь беспокойным родителям грудничка, разработчики компании Mimo придумали «умное» боди для малышей. Через мобильное приложение боди сообщает родителям, спит или бодрствует ребенок и в какой позе он находится. Если малыш заплачет, родители услышат это даже на расстоянии. В боди вшит микрофон, который передает все звуки в мобильный телефон мамы или папы.

«Умные» материалы

В конце девяностых ученый MIT Реми Пост создал первое поколение «умного» текстиля. Он внедрил микросхемы в ткань и одновременно сохранил свойства материала: легкость, эластичность и мягкость. Сегодня в волокна ткани вплетаются микропроцессоры, электролюминесцентные частицы и различные сенсоры, чтобы изменить привычные свойства одежды и повысить ее функциональность.

По прогнозу IDC Worldwide Quarterly Wearable Device Tracker, в 2021 году отгрузят 22,3 миллиона вещей из «умной» ткани.

По прогнозу IDC Worldwide Quarterly Wearable Device Tracker, в 2021 году отгрузят 22,3 миллиона вещей из «умной» ткани. В их число попадет куртка от Google и Levi’s из материала Jacquard. Ткань позволяет управлять телефоном дистанционно — достаточно положить гаджет в карман куртки. Инновационный материал сделан из токопроводящих нитей. Они вшиваются в поверхность куртки и делают ткань сенсорной. Надо дотронуться до чувствительного участка на манжете, чтобы ответить на звонок или включить музыку на телефоне.

«Умные» материалы помогут сберечь ваши деньги. Так, спортивный бренд inov-8 вместе с учеными Манчестерского университета создал «вечные» кроссовки. Производители добавили в каучуковую подошву один из самых прочных материалов на планете — графен. Он сделал обувь в два раза эластичнее и устойчивее к износу. А когда графеновая подошва сотрется, ее можно обновить, чтобы не покупать новые кроссовки.

Сэкономить получится не только на обуви, но и на верхней одежде. Американский стартап Otherlab создал куртку, которая утолщается, если на улице холодает, и становится тоньше, если теплеет. Получается, ее можно носить в любой сезон и не тратиться на покупки. Ткань, из которой сшита куртка, состоит из чередующихся слоев с разными свойствами. Каждый слой по-своему реагирует на изменение температуры. Одни при охлаждении сужаются, и ткань образует «воздушные карманы». Другие же расширяются, если теплеет, — материал становится плоским.

Компьютеры внутри

Драйвером развития рынка «умных» вещей аналитики Brookings считают старение населения. Уже к 2020 году рынок одежды для больных и пожилых вырастет до 58,8 миллиарда долларов, говорится в отчете Statista. Один из гаджетов этого сектора — пара ботинок B-shoes , которая не дает человеку упасть. В обувь встроен микропроцессор, датчики, устройство движения и аккумуляторы. Когда датчик и алгоритм определяют нарушение баланса хозяина ботинок, они заставляют устройство шагнуть назад. Так они помогают человеку сохранить равновесие.

Чтобы люди с заболеваниями вовремя получали медицинскую помощь, ученые из Мадридского университета разработали «умную» футболку. Принцип ее работы как у технологичного жилета: она круглосуточно следит за состоянием здоровья носящего ее человека и даже сама может вызвать скорую помощь.

Рынок «умной» одежды только начал развиваться, но компании вроде Apple, Google, Levi’s и Samsung задали тренды этой индустрии. Аналитики Juniper Research уверены, что в ближайшие годы одежда станет не просто предметом гардероба, а технологическим продолжением нас самих.

Поделиться:

← Вернуться

Рубрики

• Отдых
• 14 февраля
• Стиль
• Hi-Tech
• День рождения
• Авто
• Поделки
• Мото
• Колеса
• Спорт

• Контакты

 

 

16+

×

Вступай в сообщество «perstil.ru»!

ВКонтакте:

Я уже подписан на сообщество «perstil.ru»