Las telas inteligentes son algo fundamental en nuestras vidas, y jamás hubo un deseo más grande que consiguiesen mezclarse sin inconvenientes con la tecnología.
Se habla bastante de los tejidos inteligentes y su promesa, pero además hay muchas inquietudes sobre lo que hacen estos materiales. Este artículo responderá a algunas de las cuestiones más recurrentes sobre los tejidos inteligentes y la tendencia y brindará una perspectiva general de la oferta de hoy del mercado.
Voy a explicar qué son los tejidos inteligentes, por qué son vitales para nuestro futuro y voy a mostrar algunos ejemplos de marcas que ya usan tejidos innovadores en sus productos.
¿Qué son las telas Inteligentes?
Los tejidos inteligentes, además populares como tejidos electrónicos (e-textiles), tienen dentro elementos electrónicos y hacen algunas funcionalidades.
Los tejidos inteligentes son sistemas capaces que tienen la posibilidad de ver o transmitir las situaciones ambientales y ubicar y procesar el estado del usuario. Usan entradas y salidas eléctricas, térmicas, mecánicas, químicas y magnéticas, por ejemplo.
El concepto «material inteligente» se acuñó por primera oportunidad en 1989 en Japón. El primer material textil etiquetado como capaz fue el hilo de seda con efecto memoria. En cambio, el hallazgo de los materiales con shape memory en los años 60 y de los geles poliméricos capaces en los 70 es considerado el nacimiento de los materiales capaces propiamente estos.
Los materiales inteligentes en textiles no se publicaron al mercado hasta finales de los 90s. En la actualidad, los tejidos capaces son muchísimo más complejos y algunas veces se les califica de wearable computers.
Se sabe que los tejidos inteligentes son sencillos sistemas informáticos con cinco funcionalidades fundamentales: sensores, procesamiento de datos, actuadores, alojamiento y comunicación.
Sin embargo, la incorporación de los elementos digitales debe ser coherente con las funcionalidades de la ropa, como la tranquilidad, la durabilidad, la resistencia, etc.
Las telas inteligentes se crean en colaboración con numerosas disciplinas de exploración, como la nanotecnología, la ciencia de los materiales, el diseño de prendas, la electrónica y la ingeniería informática.
En todo el mundo, el mercado de las telas inteligentes está en propagación y es muy agradable. La proporción del mercado de consumo de e-textiles frente a los tejidos habituales está creciendo en las naciones desarrollandose.
El mercado mundial de la moda inteligente va a pasar de 943 millones de USD en 2015 a 5369 millones en 2022. Gracias a las diversas apps en diferentes sectores, el mercado mundial de tejidos innovadores está prosperando y proliferando.
Telas inteligentes para atletas
Los atletas de hoy quieren más que consuelo, necesitan capacidad de estiramiento, adaptabilidad de la temperatura y manejo de humedad para mejorar su rendimiento.
Además de esto, también hay mucha necesidad de telas antimicrobianas y biodegradables.
Las telas inteligentes pueden sentir, detectar y reaccionar en consecuencia a las condiciones ambientales o corporales. Son termo-reguladores, repelentes al agua e incluso pueden liberar medicamentos o humectantes en la piel.
Los Sensores en los Tejidos Inteligentes
La capacidad de sentir, interpretar y reaccionar al medio ambiente está en el corazón de las telas inteligentes. Esto se realiza a través de sensores que monitorean las entradas y salidas eléctricas, térmicas, mecánicas, químicas y magnéticas en el tejido.
Existen diferentes tipos de textiles inteligentes, y algunos se centran en la estética y otros en la mejora del rendimiento. Estos incluyen ropa deportiva con sensores de presión incorporados, textiles y ropa sensibles al calor y la luz que cambian de color según la temperatura corporal.
Estos sensores no son invasivos y se pueden integrar en la mayoría de los telas sin cambiar su forma o textura, haciéndolos más atractivos para los usuarios. Estas telas se llaman extiles electrónicos o textiles inteligentes.
Son una combinación de tecnología electrónica, TI y plástica con conocimientos textiles. Se pueden utilizar para una variedad de fines, como la recolección de energía, la generación de electricidad y las mediciones fisiológicas.
Por ejemplo, un termistor incrustado en un textil puede detectar la temperatura de la piel y el corazón durante el ejercicio para diagnosticar la enfermedad cardiovascular, y pueden usarse para monitorear los patrones de sueño de los niños que sufren síndrome de muerte infantil repentina (SMSL). Estos dispositivos también se están desarrollando para proporcionar seguridad a las personas en las motos.
Esto no solo es importante para la salud, sino también para la seguridad en el lugar de trabajo y otras aplicaciones donde existen riesgos de lesiones. Esta es la razón por la cual se están desarrollando telas inteligentes para una amplia gama de industrias y usos, incluidos los servicios militares y de emergencia.
Uno de los sensores más prometedores para los textiles inteligentes es el LPS-POF, que es un polímero que tiene propiedades mecánicas prometedoras y puede incorporarse en las telas textiles de neopreno sin cambiar su rigidez. Se puede utilizar para obtener sensores multiparaméteres con un sistema de sensores basado en la variación de bajo costo que es capaz de detectar la temperatura, la fuerza transversal y el desplazamiento angular en diferentes planos, así como para detectar la presión de interacción entre el usuario y el entorno para la actividad de la actividad supervisión.
Estos sistemas han sido probados para una variedad de parámetros fisiológicos y de movimiento, como la temperatura, la presión y la torsión, y han mostrado una excelente precisión, linealidad y repetibilidad. Estos sistemas se pueden aplicar fácilmente en diferentes aplicaciones y pueden medir los parámetros y actividades fisiológicas continuamente en tiempo real.
Los Actuadores en las Telas Inteligentes
Las telas inteligentes pueden realizar una variedad de funciones, como controlar la temperatura corporal y la detección de estímulos ambientales. También proporcionan un valor agregado al usuario en términos de estética, rendimiento y seguridad.
La capacidad de sentir y responder al entorno cambiante o la entrada humana es la característica definitoria de los textiles inteligentes activos. A diferencia de los textiles inteligentes pasivos, alteran y modifican activamente su funcionamiento, por ejemplo, para cambiar la forma o almacenar calor para proporcionar características adicionales.
Los actuadores en los tejidos inteligentes se pueden clasificar ampliamente en cuatro categorías: campo eléctrico, actuación neumática y térmica [12]. Estos materiales pueden contraerse, expandirse o girarse de manera reversible aplicando un estímulo externo, como voltaje, corriente, temperatura, presión, etc.
Los actuadores convencionales incluyen motores eléctricos rotativos y lineales, sistemas neumáticos e hidráulicos, que se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales. Sin embargo, estos sistemas tienen una serie de inconvenientes, como rigidez, peso y ruido, que obstaculizan su aplicación en wearables.
Un enfoque más atractivo para integrar actuadores inteligentes en textiles es a través de tecnologías de actuación suave. Tales materiales son livianos, discretos, realistas y versátiles cuando se usan en el cuerpo. Son capaces de lograr mociones complejas con estrategias simples, al tiempo que proporcionan el mismo tiempo de respuesta que los actuadores tradicionales.
Hay varias fibras de polímeros disponibles para fabricar actuadores en espiral para aplicaciones textiles. Estas fibras tienen largas longitudes, alta resistencia a la tracción, flexibilidad y durabilidad, lo que las convierte en un material ideal para actuar textiles. Además, la disposición retorcida de estas cadenas de polímeros proporciona un cambio de longitud térmicamente persuadido durante la falta de evitar.
Otro polímero actuante es el elastómero dieléctrico (DEAP) que es un material de elasticidad no lineal que puede exprimirse en diferentes formas. Este fenómeno ocurre porque se aplica un campo eléctrico alto a los electrodos y se atraen cargas opuestas, lo que hace que el polímero se aprieta reversiblemente en una geometría diferente.
Estos materiales tienen un voltaje de actuación relativamente bajo, pero sus energías son grandes porque deben transferir una gran cantidad de iones de los electrodos a una solución electrolítica. Por lo tanto, generalmente se fabrican con polímeros conductores o compuestos de polímero iónico.
La comunicación en telas inteligentes
La comunicación en telas inteligentes es la transferencia de información, utilizando materiales y componentes electrónicos y conductores. Se puede hacer a través de una serie de canales, que incluyen táctil, visual, sonido, olfato y sabor. También se puede realizar a través del lenguaje corporal y las expresiones faciales.
Es un factor importante en la función y rendimiento general de un textil. Esto se debe a que ayuda al usuario a llevar a cabo una tarea de la mejor manera posible.
Por ejemplo, una prenda puede sentir la temperatura de su usuario y responder en consecuencia. Alternativamente, puede monitorear los datos de salud y alertar al usuario en caso de una condición anormal.
Otra característica de los textiles inteligentes es su capacidad para enviar mensajes a través del aire. Esto se puede hacer a través de fibra óptica, pantallas de fibra óptica o hilos conductores y botones Snap (ver Figura 15.5).
Sin embargo, existen algunos desafíos involucrados en el desarrollo de telas inteligentes. Estos incluyen la complejidad del diseño del circuito, la necesidad de un enfoque multidisciplinario y la integración del conocimiento de materiales inteligentes, microelectrónicas y química para garantizar una implementación exitosa.
Para facilitar el intercambio de información, se debe seguir un protocolo específico. Esto se puede lograr con un dispositivo de comunicación, un sensor y un actuador, y una unidad de control.
Entre las aplicaciones más comunes se encuentran las telas estéticas, que pueden usarse para mostrar diferentes tipos de contenido. Los ejemplos típicos son ropa emisora de luz o vestidos brillantes, que tienen la capacidad de cambiar los colores según sea necesario.
Estas telas también pueden detectar el nivel de oxígeno en la sangre del usuario. Esto puede ayudar en la prevención del síndrome de muerte infantil repentina (SMSL).
La industria de la tela inteligente está evolucionando rápidamente y, a pesar de los muchos obstáculos, sigue siendo un campo emergente que tiene un gran potencial para la comercialización. Se estima que el mercado mundial de extiles electrónicos aumentará de $ 943 millones en 2015 a $ 5369 millones para 2022.
Aunque hay muchas barreras para implementar un producto textil inteligente, pueden superarse mediante una combinación de innovación tecnológica y métodos de fabricación de bajo costo. Además, los textiles inteligentes tienen la ventaja de ser estirables, transpirables y lavables.
Fuentes de energía en los textiles inteligentes
Uno de los principales desafíos en el desarrollo de electrónica portátil y telas inteligentes es una fuente de energía. Tradicionalmente, la mayoría de los dispositivos electrónicos han sido alimentados por baterías y condensadores que son voluminosos y rígidos y no pueden integrarse en la arquitectura textil. Además, estos dispositivos pueden ser muy caros y no siempre están disponibles en una amplia gama de colores.
Para superar este problema, los investigadores desarrollaron un nuevo tipo de tela inteligente que puede generar electricidad al eliminar la energía solar y la energía mecánica del movimiento. Este sistema de autoharga podría tejer fácilmente en textiles electrónicos para producir dispositivos y ropa textiles inteligentes.
Los investigadores utilizaron una combinación de células solares sensibilizadas con colorante, nanogeneradores triboeléctricos y un supercondensador para cosechar energía solar y mecánica. La combinación tuvo éxito en recolectar la luz solar y convertirla en corriente eléctrica y luego almacenar la energía generada en un dispositivo de supercondensador en forma de fibra.
Del mismo modo, los investigadores pudieron convertir el calor del cuerpo en energía eléctrica a través de un generador termoeléctrico. Este sistema se basó en el efecto Seebeck que convierte el calor humano en electricidad. Por lo tanto, la energía producida por el sistema podría almacenarse en una batería para proporcionar un suministro continuo de energía al dispositivo electrónico o textil portátil.
Sin embargo, la investigación sobre este tipo de sistemas de eliminación de energía muestra algunas limitaciones y requieren más espacio como dispositivos de almacenamiento de energía tradicionales y aún requieren componentes electrónicos rígidos que restrinjan la flexibilidad de las telas inteligentes que alimentan [6, 7,8,9]. Para resolver estos problemas, las tecnologías de impresión tienen un gran potencial en la fabricación de baterías livianas y de bajo costo con alta capacidad de área y generación de altos voltajes que son cruciales para aplicaciones de textiles electrónicos.
Se desarrolló otro sistema de eliminación de energía combinando una célula solar sensibilizada con tinte con nanogeneradores triboeléctricos y un supercondensador en forma de fibra para producir un sistema de autoharga híbrido. El sistema de autoharga híbrido recolecta principalmente energía solar del entorno externo y la energía mecánica del movimiento del cuerpo humano, y luego almacena la energía solar y mecánica recolectada en un supercondensador en forma de fibra.
Los investigadores creen que su prototipo podría entrelazarse en camisetas o integrarse en suelas de zapatos para recolectar energía de los movimientos más pequeños del cuerpo, la electricidad con dispositivos móviles. Este es un desarrollo prometedor que podría hacer que la carga de dispositivos en la marcha sea más posible para los consumidores.