Los investigadores han desarrollado textiles inteligentes de próxima generación, que incorporan LED, sensores, recolección y almacenamiento de energía, que se pueden producir de forma económica, en cualquier forma o tamaño, utilizando las mismas máquinas que se usan para hacer la ropa que usamos todos los días.
Un equipo internacional de científicos, liderado por la University of Cambridge, demostró anteriormente que las pantallas tejidas se pueden hacer en tamaños grandes, pero estos ejemplos anteriores se hicieron utilizando equipos de laboratorio especializados de fabricación microelectrónica, pero son muy costosos y producen grandes volúmenes de desechos.
Sin embargo, el equipo descubrió que las pantallas flexibles y las telas inteligentes se pueden fabricar de manera mucho más económica y sostenible, mediante la vinculación de componentes electrónicos, optoelectrónicos, de detección y de fibra energética en los mismos telares industriales que se usan para fabricar textiles convencionales.
Los resultados, publicados en la revista Science Advances, demuestran cómo los textiles inteligentes podrían ser una alternativa a la electrónica más grande en sectores que incluyen la automoción, la electrónica, la moda y la construcción.
Limitaciones de la fabricación de textiles inteligentes
A pesar de los avances recientes en el desarrollo de textiles inteligentes, su funcionalidad, dimensiones y formas se han visto limitadas por los procesos de fabricación actuales.
“Podríamos hacer estos textiles en instalaciones especializadas microelectrónica, pero requieren miles de millones de libras de inversión”; dijo el Dr. Sanghyo Lee del Department of Engineering de la University of Cambridge, primer autor del artículo.
“Además, la fabricación de textiles inteligentes de esta manera es muy limitada, debido a que todo tiene que hacerse sobre las mismas obleas rígidas que se usan para hacer circuitos integrados, por lo que el tamaño máximo que podemos obtener es de unos 30 centímetros de diámetro”.
“Los textiles inteligentes también se han visto limitados por su falta de practicidad”, dijo el Dr. Luigi Occhipinti, también del Department of Engineering, quien codirigió la investigación.
“Piensas en el tipo de flexión, estiramiento y plegado que deben soportar las telas normales, y ha sido un desafío incorporar esa misma durabilidad en los textiles inteligentes”.
Recubrimiento de textiles inteligentes
El año pasado, algunos de los mismos investigadores demostraron que si las fibras utilizadas en los textiles inteligentes estuvieran recubiertas con materiales que pudieran resistir el estiramiento, podrían ser compatibles con los procesos de tejido convencionales.
Usando esta técnica, produjeron una pantalla de demostración tejida de 46 pulgadas.
Ahora, los investigadores han demostrado que los textiles inteligentes se pueden fabricar mediante procesos automatizados, sin límites en su tamaño o forma. Se fabricaron, encapsularon y mezclaron múltiples tipos de dispositivos de fibra, incluidos dispositivos de almacenamiento de energía, diodos emisores de luz y transistores con fibras convencionales, ya sean sintéticas o naturales, para construir textiles inteligentes mediante tejido automatizado.
Los dispositivos de fibra se interconectaron mediante un método de soldadura láser automatizado con adhesivo conductor de electricidad.
Optimización de procesos
Todos los procesos se optimizaron para minimizar el daño a los componentes electrónicos, lo que a su vez hizo que los textiles inteligentes fueran lo suficientemente duraderos como para soportar el estiramiento de una máquina de tejer industrial.
El método de encapsulación se desarrolló para considerar la funcionalidad de los dispositivos de fibra, y la fuerza mecánica y la energía térmica se investigaron sistemáticamente para lograr un tejido automatizado y una interconexión basada en láser, respectivamente.
El equipo de investigación, en colaboración con fabricantes de textiles, pudo producir parches de prueba de textiles inteligentes de aproximadamente 50 x 50 centímetros, aunque esto se puede ampliar a dimensiones más grandes y producir en grandes volúmenes.
“Estas compañías tienen líneas de fabricación bien establecidas con extrusoras de fibra de alto rendimiento y grandes máquinas de tejer que pueden tejer automáticamente un metro cuadrado de textiles”, manifestó Lee.
“Entonces, cuando introducimos las fibras inteligentes en el proceso, el resultado es básicamente un sistema electrónico que se fabrica exactamente de la misma manera que se fabrican otros textiles”.
Los investigadores dicen que podría ser posible fabricar pantallas y monitores grandes y flexibles en telares industriales, en lugar de en instalaciones especializadas de fabricación de productos electrónicos, lo que haría que su producción fuera mucho más económica. Sin embargo, se necesita una mayor optimización del proceso para tener productos innovadores.
“La flexibilidad de estos textiles es absolutamente sorprendente”, dijo Occhipinti.
“No solo en términos de su flexibilidad mecánica, sino también en la flexibilidad del enfoque, y para implementar plataformas de fabricación de productos electrónicos sostenibles y ecológicas que contribuyan a la reducción de las emisiones de carbono y permitan aplicaciones reales de textiles inteligentes en edificios, interiores de automóviles y ropa. Nuestro enfoque es bastante único en ese sentido”, finalizó.
La investigación fue apoyada en parte por la Unión Europea y UK Research and Innovation.
Referencia
Sanghyo Lee et al. ,Truly form-factor–free industrially scalable system integration for electronic textile architectures with multifunctional fiber devices.Sci. Adv.9, eadf4049 (2023).DOI:10.1126/sciadv.adf4049
