연구원 눈 자수가 낮음

발전용 원사를 직물에 수놓아 연구원들은 자체 전력의 숫자 터치 패드와 움직임 센서를 옷에 내장할 수 있었습니다.기술이 제공하는웨어러블 장치를 만들기 위한 저비용의 확장 가능한 잠재적 방법입니다.

"우리의 기술은 자수를 사용합니다. 이는 매우 간단합니다. 실을 직물에 직접 꿰맬 수 있습니다."라고 노스 캐롤라이나 주립 대학의 섬유 공학, 화학 및 과학 조교수인 연구의 주요 저자 Rong Yin이 말했습니다. "원단을 생산할 때 웨어러블 디바이스에 대해 전혀 고려할 필요가 없습니다. 의류 제품이 만들어진 후에 발전용 원사를 통합할 수 있습니다."

Nano Energy에 발표된 연구에서 연구원들은 발전 원사에 대한 여러 디자인을 테스트했습니다. 자수 스티치 공정의 장력과 굽힘을 견딜 수 있을 만큼 내구성을 높이기 위해 얇은 폴리우레탄 코팅이 된 시판 구리선 5개를 함께 사용했습니다. 그런 다음 PTFE라는 다른 재료를 사용하여 면직물 위에 꿰매었습니다.

Yin은 "이것은 상업적으로 이용 가능한 제품을 사용하여 착용 가능한 전자 제품을 만드는 저비용 방법"이라고 말했습니다. "우리 프로토타입의 전기적 특성은 동일한 발전 메커니즘에 의존하는 다른 설계와 비슷했습니다."

연구진은 정전기와 같은 두 가지 다른 물질에 의해 교환된 전자를 활용하는 '마찰전기 효과'라는 전기 생성 방법에 의존했습니다. 그들은 면과 실크를 포함하여 테스트한 다른 유형의 직물과 비교하여 폴리우레탄 코팅 구리선과 접촉할 때 PTFE 직물이 전압 및 전류 측면에서 최고의 성능을 갖는다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 효과를 높이기 위해 자수 샘플을 플라즈마로 코팅하는 것을 테스트했습니다.

"우리 디자인에는 두 개의 레이어가 있습니다. 하나는 전도성 폴리우레탄 코팅 구리 와이어이고 다른 하나는 PTFE이며 그 사이에 간격이 있습니다"라고 Yin은 말했습니다. "두 개의 비전도성 물질이 서로 접촉하면 한 물질은 일부 전자를 잃고 일부는 전자를 얻습니다. 이들을 서로 연결하면 전류가 발생합니다."

연구원들은 데님에 PTFE 원단을 자수하여 실을 모션 센서로 테스트했습니다. 그들은 사람이 움직일 때 생성되는 전기 신호를 추적하기 위해 손바닥, 팔 아래, 팔꿈치 및 무릎에 자수 패치를 배치했습니다. 그들은 또한 신발 안창에 자수가 있는 천을 부착하여 만보계로서의 사용을 테스트했으며, 사람이 걷고, 달리고, 점프하는지에 따라 전기 신호가 달라지는 것을 발견했습니다.

마지막으로 그들은 면직물에 숫자를 자수하고 이를 PTFE 천에 부착하여 만든 팔의 직물 기반 숫자 키패드에서 실을 테스트했습니다. 사람이 키패드를 누른 숫자에 따라 각 숫자마다 다른 전기 신호가 발생하는 것을 보았습니다.

"우리의 실을 옷에 수놓을 수 있고, 움직일 때 전기 신호가 발생하고, 그 신호는 센서로 사용될 수 있습니다"라고 Yin은 말했습니다. “신발에 자수를 넣었을 때 달리고 있으면 그냥 걷고 있을 때보다 더 높은 전압이 발생합니다. 천에 숫자를 꿰매고 누르면 숫자마다 다른 전압이 발생합니다. 인터페이스로 사용됩니다."

섬유 제품은 세탁이 불가피하기 때문에 일련의 세탁과 마찰 테스트를 통해 자수 디자인의 내구성을 테스트했습니다. 손세탁과 세제로 자수를 헹군 후 오븐에 건조시킨 결과 별 차이가 없거나 전압이 약간 상승하는 것을 발견했습니다. 플라즈마로 코팅된 프로토타입의 경우 원래 샘플에 비해 약화되었지만 여전히 우수한 성능을 발견했습니다. 마모 테스트 후 그들은 10,000번의 마찰 주기 후에도 설계의 전기 출력 성능에 큰 변화가 없음을 발견했습니다.

향후 작업에서는 센서를 다른 장치와 통합하여 더 많은 기능을 추가할 계획입니다.