Инновации в мире науки

Высокий темп освоения новых знаний, создание наукоемкой продукции и передовых технологий, а также масштабные исследования обеспечивают эффективное решение комплекса задач. Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций в рубрике #инновации_в_мире_науки каждую неделю рассказывает о мировых технологических лидерах и инновациях научно-технического развития в области обеспечения безопасности.

Новая краска Nissan охладит автомобили на 12°С даже под прямыми солнечными лучами

С ноября минувшего года в аэропорту Ханэда в Токио ведется эксперимент с автомобилем Nissan NV100, который покрыли новой технологичной краской. Это покрытие охлаждает машину в пассивном режиме, даже когда она весь день находится под прямыми солнечными лучами. Постоянные замеры показали, что температура в салоне этого автомобиля на 5°С ниже, чем в обычной машине той же модели, а на внешних поверхностях — на целых 12°С.

Nissan не торопится раскрывать секрет новой краски, во многом потому, что пока эксперимент проходит неудачно — даже при всех его достижениях. Известно, что покрытие содержит частицы двух типов, первый из которых просто отражает инфракрасное излучение, и тем самым снижает нагрев поверхности. А вот второй, цитата: «создает «электромагнитные волны», которые перенаправляют еще больше энергии от автомобиля и выбрасывают ее прямо в космос». Как это работает – непонятно.

Сложность в том, что первая версия покрытия имела толщину в 400 микрон, и хотя за год работ ее удалось снизить до 120 микрон, это все еще много больше, чем типовой слой автомобильной краски в 20 микрон. Чтобы покрытие полноценно отражало тепло и энергию, на пути у них не должно быть препятствий, поэтому поверх краски нельзя нанести защитный лак. Из-за этого краска уязвима ко всем видам воздействия и быстро разрушается.

Специалисты Nissan работают над более устойчивой версией покрытия, а также стремятся сделать его восстанавливаемым. Есть сложность и с цветом – он неоднороден, и пока доступен только условно белый оттенок. А еще такое покрытие можно нанести только в лабораторных условиях, так что до появления полноценного коммерческого варианта новой краски пока еще далеко.

е-ткани: Электроника в текстиле

В новостях довольно часто стал появляться термины e-garment и e-fabrics или smart materials. Википедия переводит их как «е-ткани» или «интеллектуальный текстиль».

Е-ткани (также «умные ткани») — вид текстиля, содержащий электронику (включая микрочипы), в котором применены цифровые технологии. Многие виды высокотехнологичной, умной одежды, а также технологии, которые применяются при её производстве, содержат электронный текстиль.

Электронный текстиль следует отличать от приборов, относящихся к классу носимых компьютеров, встраиваемых в компоненты одежды, так как упор делается именно на бесстыковое встраивание в ткань электронных компонентов, таких микрочипы, датчики или включатели.

Такого рода технологии объединяются под общим термином Файбертроника (англ. fiber — волокно и electorincs —электроника). Данная дисциплина занимается изучением применения возможностей электроники при производстве тканей.

Фундаментально инжиниринг текстиля не для обычной, повседневной одежды развивается по следующим направлениям:

В России направление «интеллектуального текстиля» известно, но на сегодня это тема для гиков, увлеченных энтузиастов, не рассматривается как «рыночное окно» или возможность для развития.

Одежда — новая платформа для носимой электроники

Сегодня обычная одежда обладает незадействованным потенциалом стать платформой для интегрирования в нее носимой электроники.

Канадская лаборатория протестировала специальные волокна, которые позволяют при помощи специально разработанной ткацкой технологии создавать эластичные сенсорные экраны и батареи, вплетаемые прямо в ткань-основу.

Интегрирование электронных компонентов для умного материала с новым функционалом не далось легко. Первая идея была – «хорошо, чтобы электроника располагалась прямо на одежде, под рукой». Мир уже прошел увлечение подобными устройствами – многие спортивные компании реализовали в своих изделиях кнопки плеера, выведенные на рукав куртки.

«Мы хотим, чтобы люди не догадывались, насколько усложняется ткань, а просто чтобы они начали пользоваться новыми функциями»- говорит Максим Скоробогатый, физик Политехнической школы Монреаля.

Это должна быть привычная одежда, но при этом автономное устройство, которое может зарядить себя, накопить, сохранить энергию и выполнять полезные функции. В противном случае – это усложнение и дополнительная нагрузка, которая никому не нужна в обыденной жизни».

Эта философия мотивировала разработчика собрать разностороннюю команду исследователей, ориентированных на создание эластичной версии частей гаджета, в том числе и мультитач-экранов, батарей и даже транзисторных микросхем. Эти технологии могут стать прообразом смарт-одежды, которая следит за состоянием здоровья, внешними условиями, сопровождает и ориентирует, и даже действует как носимый на теле компьютер.

«Проблема большинства вариаций «мягкой электроники», которую пытаются выводить на рынок в том, что это просто обычные гаджеты, прикрепляемые на одежду. Мы же пытаемся интегрировать электронику прямо в текстиль, буквально вплетая элемент за элементом,» — говорит Скоробогатый. «Большинство электроники изначально технологически не предназначены для ткацких операций».

Некоторые лаборатории избрали иной путь – пытались равномерно разместить наночастицы проводника внутри обычной хлопковой ткани. Но это оказалось тупиковым путем, поскольку не удалось добиться стабильности свойств и использовалось недопустимо большое количество химикатов.

В свою очередь, лаборатория Скоробогатова избрала собственный путь: разработала текстильные волокна, которые являются оптоволокнами, способными нести телевизионный и интернет-сигнал, передавать электрические сигналы.

Собственная методика позволила канадской команде сделать экструдированное из полимерного расплава волокно, которое остается достаточно гибким для дальнейшего ткачества.

Также они смогли сплести из волокон экспериментальную сенсорную панель, которая обладает частичными возможностями задуманной мультитач-технологии, похожей на то, чем обладают смартфоны и планшеты. Эта работа была опубликована в январском номере «Smart Materials and Structures».

Далее, они сделали плоские листы батарей сочетая слои традиционных литиевых батарей с термопластичным связующим материалом. Лаборатория Скоробогатого научилась разрезать эти листы на тонкие полосы и смогла сплести матрицу, типичную для привычного текстиля. Достижение подробно описано журнале Американского Электрохимического Сообщества «American Electrochemical Society».

Изобретатели уже сегодня совершенно убеждены в неизбежности превращения одежды в носимый на поверхности тела гаджет с широким функционалом, но на сегодня серьезной психологической преградой является нерешительность крупных текстильных производителей работать с совершенно необычными волокнами. Канадские исследователи планомерно работают над свержением этих взглядов, шаг за шагом демонстрируя все новые возможности и приглашая дизайнеров экспериментировать с их достижениями.

Согнуть уже можно все, кроме…

Но одна большая проблема все же остается. Это – создание гибких микросхем и транзисторных элементов. Если лаборатории Скоробогатого удастся провернуть трюк с их созданием, они бы смогли создавать одежду с самыми необычными конфигурациями возможностей электронных гаджетов.

Мы движемся в сторону автономных текстильных батарей, электронных компонентов и датчиков, и все они сделаны в виде текстильной нити,» — сказал Скоробогатый. «На данный момент не хватает только процессоров».

Эта история была представлена InnovationNewsDaily.

Что еще могут е-ткани?

Мы в своих обзорах уже упоминали, например, светящуюся одежду, с интегрированными в ткань светодиодами. Какие еще реализации известны на сегодня? Что могут е-ткани? Как они могут изменить жизнь людей?

Корейский институт высоких технологий KAIST сегодня ведет разработки тканых дисплеев, позволяющих выводить на текстиль (одежду) изменяемую процессором цветографическую информацию. Перспектива – создать тканый экран для возможности передачи видео приемлемого изображения.

Дизайнеры Берлинского университета Искусств творчески используют светодиодные ткани для создания новых невиданных моделей с LED подсветкой на растяжимой матрице со стрейч-эффектом, которая сама может включаться в темное время, управляемая датчиками.

Пример более сложной светодиодной матрицы (была продемонстрирована на текстильной выставке «ТехТекстиль» во Франкфурте в 2015 году).

Royal Philips Electronics of the Netherlands

Одно из неожиданных применений электронного текстиля, стоящее на стыке наук и технологий, в прототипе предложила компания Royal Philips Electronics of the Netherlands.

Билирубинемия — или желтуха новорожденных — встречается у 60% младенцев при родах в срок и у 90% при преждевременных родах. Многим требуется срочная медицинская помощь в течение первых часов или дней жизни. Так вот именно для них и разработали билирубиновые одеяло, «конверт» и «кенгуру». Одеяло, которое лечит светом определенной длины волны, источником являются светодиоды синего терапевтического света.

Наиболее часто в поисковых запросах об электронных тканях в Интернете фигурирует авторитетная компания OHMATEX.

Несколько слов о ней. Это – истинные популяризаторы нового, энтузиасты и творцы.

Интересен сам подход в работе с клиентами. Они готовы вместе с клиентом искать функционал нового изделия на базе электронного текстиля.

OHMATEX

OHMATEX – компания, проектирующая электронные ткани и функционал

Простой слоган компании, открывающий сайт: «Принесите свои идеи в реальность!»

вы знаете об электронике, но не знает как сочетать ее с текстилем?

вы разбираетесь в текстиле, но ничего не знаете о возможности интегрировать электронику в текстиль?

у вас есть грандиозная идея, но вы не знаете, какой технологией она может быть реализована?

вы не знаете, как соединить все вместе и заставить работать?»

Прекрасный пример компании нового типа, где инновации проектируются с чистого листа.

Сильные реализации, проекты, выполненные компанией – костюм пожарного с датчиками температуры (разработан совместно с компанией VIKING), которые подают сигнал, анализируя время пребывания в опасной зоне.

Helly Hansen

Похожий проект, не менее важный и необходимый, позволяющий снизить риски от последствий – концепция костюма Sea-and-Safe для работы в море. Защитный костюм оснащен датчиками, которые в опасной ситуации – человека смыла за борт – подают сигнал опасности, дают индикацию его положения. Просто? Просто только в замысле, технологически – это сложная, многоступенчатая работа. Проект координировался совместно с компанией Helly Hansen.

Итак, электронный текстиль – не химера, не забава, не модная блажь. Все развивается, пока не понятно, как это изменит жизнь человечества, но совершенно точно, уже меняет.