Учёные из Национального университета Сингапура создали первую в мире ткань со встроенным сенсорным экраном, который способен воспроизводить видео и реагировать на прикосновения пальца. Разработка принадлежит команде Колледжа дизайна и инженерии (CDE).
Специалисты изготовили волокно, совмещающее в себе функции пикселя и сенсора. Чтобы получить работающий экран, 54 таких нити вплели в рукав одежды. Ранее полноцветная сенсорная панель, которую можно было бы вдеть в отверстие наподобие пряжи, не существовала.
Ирина Петрова
Волокна поддерживают функции, которые могли выполнять первые поколения смартфонов. Источник: NUS
Учёные из Национального университета Сингапура создали первую в мире ткань со встроенным сенсорным экраном, который способен воспроизводить видео и реагировать на прикосновения пальца. Разработка принадлежит команде Колледжа дизайна и инженерии (CDE).
Специалисты изготовили волокно, совмещающее в себе функции пикселя и сенсора. Чтобы получить работающий экран, 54 таких нити вплели в рукав одежды. Ранее полноцветная сенсорная панель, которую можно было бы вдеть в отверстие наподобие пряжи, не существовала.
Значение разработки выходит за рамки демонстрационного образца. Встроенный в ткань экран превращает одежду из пассивного предмета в интерфейс, который находится в постоянном контакте с телом и при этом не требует отдельного устройства.
Рукав с дисплеем способен показывать уведомления, схемы, навигационные подсказки или данные о состоянии организма, не заставляя владельца доставать телефон. Для медицины и спорта это означает возможность непрерывного мониторинга без громоздких браслетов и наклеек: датчики уже вплетены в материал, а экран отображает показатели прямо на руке.
Дисплей на основе оптоволокна
По словам доцента Худиева, результат стал возможен благодаря умению исследователей собирать графический интерфейс пользователя из электронных элементов, выполненных в виде волокон. Принцип напоминает обычную пряжу, однако в сами нити напрямую встроены сложные электронные функции.
Рукав демонстрирует изображения и видеоролики, откликается на нажатия и поддерживает беспроводную связь с другими устройствами. При этом он сохраняет свойства обычной ткани: его можно стирать, он пропускает воздух и остаётся гибким. Изобретение открывает путь к одежде, которая напрямую обменивается данными о самочувствии владельца и взаимодействует с его цифровыми гаджетами, обходясь без жёсткого экрана.
Привычные нам дисплеи телефонов и ноутбуков представляют собой графические интерфейсы на плоских твёрдых панелях, которые показывают информацию и дают возможность управлять устройством. Ткани, сплетённые из одномерных волокон, прежде такими свойствами не обладали. Как отмечают авторы работы, ещё совсем недавно создать полноцветный сенсорный экран, который можно было бы сматывать в клубок, было невозможно.
Свыше 5000 чипов и более чем 20 000 электрических контактов
Для изготовления дисплея на основе оптоволокна команда разработала программируемый способ формирования контактных точек вдоль миниатюрных изолированных проводников — точно в тех местах, где они нужны каждому микрочипу. Положение точек задаёт лазер, а контролируемое смачивание поверхности направляет расплавленный припой только в заданные зоны.
Благодаря этому удалось соединить свыше 5000 чипов с помощью более чем 20 000 электрических контактов. Термическая вытяжка, в свою очередь, дала возможность точно расположить сенсорный и пиксельный слои в нити диаметром около миллиметра и длиной 10 метров.
Далее полосу связанных цифровых светодиодов внедрили в многослойное оптоволокно методом термической вытяжки. Этот приём позволяет точно сформировать сенсорный и пиксельный слои в нити диаметром всего около миллиметра и длиной 10 метров. Слой под светодиодами чувствителен к касанию: при нажатии на волокно цепь замыкается, сигнал указывает точное место, где находится палец, и загорается ближайший пиксель.
Встроенные периферийные нити с микрофоном, динамиком и датчиками движения, температуры и освещённости дополняют дисплей до полноценной сенсорной платформы. Ткань не просто показывает информацию, но и собирает её из окружающей среды, а затем передаёт по беспроводному каналу.
Это сближает одежду с классом носимых компьютеров, однако без жёсткого корпуса и без необходимости носить с собой отдельный гаджет. Микрофон и динамик позволяют организовать голосовое управление и обратную связь, а датчик магнитного севера добавляет навигационные возможности.
Новая архитектура соединений
Как пояснил доцент Худиев, волокно имеет одномерную осесимметричную геометрию, из-за чего создавать сложные схемы методами, рассчитанными на обычную двумерную электронику, затруднительно. Команда обошла это ограничение, предложив новую архитектуру соединений, которая позволяет объединять и связывать тысячи микроэлектронных компонентов вдоль оптоволоконного кабеля.
В прототипе 54 волокна по 96 светодиодов в каждом вплели в рукав, получив дисплей разрешением 96 на 54 пикселя и размером 168 на 105 мм. Частота обновления составляет 30 кадров в секунду, глубина цвета — 8 бит.
Эти параметры уступают современным смартфонам, однако для носимой ткани они открывают новый класс устройств, где важны не плотность пикселей, а гибкость, воздухопроницаемость и возможность стирки. Дальнейшее развитие технологии, вероятно, будет связано с повышением разрешения, снижением энергопотребления и расширением набора встроенных датчиков.
Каждая нить имеет собственный канал управления, поэтому при отказе одной линии соседние продолжают работать штатно, а система способна распознавать несколько касаний одновременно. Помимо пиксельных волокон, в ткань тем же способом встроили периферийные нити с микрофоном, динамиком и датчиками, которые отслеживают движение, определяют магнитный север, измеряют температуру и оценивают освещённость вокруг, сообщается в пресс-релизе.
Отдельного внимания заслуживает устойчивость системы. Поскольку каждая нить имеет собственный канал управления, повреждение или отказ одной линии не выводит из строя весь дисплей. Соседние волокна продолжают работать, а изображение сохраняет целостность за счёт распределённой архитектуры.
Такой принцип резервирования важен для носимой электроники, которая подвергается стирке, растяжению и механическим нагрузкам. Способность распознавать несколько касаний одновременно расширяет набор возможных сценариев — от ввода текста до управления мультимедиа без дополнительных контроллеров.
Возможности коммерциализации
Коммерциализация подобных тканей потребует решения ряда задач: защиты электроники от многократных стирок, стандартизации разъёмов и протоколов беспроводной связи, а также вопросов приватности, поскольку одежда с микрофоном и датчиками собирает данные о владельце постоянно.
Тем не менее появление полноцветного сенсорного экрана, который можно смотать в клубок и вплести в рукав, меняет представление о том, где может располагаться интерфейс устройства. Экран перестаёт быть отдельным предметом и становится частью материала, а одежда — гибким носителем ИИ, вычислений и связи.
Значение разработки выходит за рамки демонстрационного образца. Встроенный в ткань экран превращает одежду из пассивного предмета в интерфейс, который находится в постоянном контакте с телом и при этом не требует отдельного устройства.
Рукав с дисплеем способен показывать уведомления, схемы, навигационные подсказки или данные о состоянии организма, не заставляя владельца доставать телефон. Для медицины и спорта это означает возможность непрерывного мониторинга без громоздких браслетов, татуировок и наклеек: датчики уже вплетены в материал, а экран отображает показатели прямо на руке.
