Hemos llegado a un punto en esta era tecnológica donde ahora contamos con ropa inteligente que están dando múltiples beneficios en el sector deportivo y salud. Sin embargo, aún no estaba claro qué tipo de baterías estas podrían utilizar, pues las más conocidas hasta ahora contienen químicos que se afectan con el agua o pueden incendiarse con sólo ser perforados.
Afortunadamente, los científicos han logrado desarrollar novedosos componentes electrónicos portátiles que se pueden incorporar directamente en los tejidos, los cuales han sido desarrollados por investigadores de la Universidad de Cambridge que llevan como material protagonista al grafeno.
Así descubrieron que le grafeno podría traernos a la primera batería para ropa inteligente
Los investigadores de Cambridge, en colaboración con colegas de la Universidad de Kiangnam en China, han demostrado cómo el grafeno, una forma bidimensional de carbono, y otros materiales relacionados pueden incorporarse directamente a los tejidos para producir elementos de almacenamiento de carga, como condensadores, pavimentos. El camino hacia las fuentes de alimentación textiles que son lavables, flexibles y cómodas de llevar.
La investigación realizada demuestra que las tintas de grafeno pueden usarse en textiles capaces de almacenar carga eléctrica liberada cuando sea necesario. Los nuevos dispositivos electrónicos textiles se basan en el teñido de tejido de poliéster de bajo coste, sostenible y escalable. Las tintas se producen mediante técnicas de procesamiento de solución estándar.
Sobre esta base, los investigadores diseñaron tintas que pueden recubrir directamente sobre el tejido de poliéster en un proceso de teñido simple. La versatilidad del proceso permite al tejido varios tipos de componentes electrónicos.
La mayoría de los demás dispositivos electrónicos portátiles se basan en componentes electrónicos rígidos montados en plástico o textiles. Estos ofrecen compatibilidad limitada con la piel y muchas circunstancias, se dañan cuando se lavan y son incomodos de usar porque son transpirables.
“Otras técnicas para incorporar componentes electrónicos directamente en los textiles son caras de producir, generalmente requieren solventes tóxicos lo que los hace inadecuados para usar”, comentó el Dr. Felice Torrisi del Cambridge Graphene Center.
“Nuestras tintas son baratas, seguras y respetuosas con el medio ambiente, y pueden combinarse para crear circuitos electrónicos simplemente superponiendo diferentes tejidos hechos de materiales bidimensionales sobre el tejido”.
Los investigadores suspendieron hojas de grafeno individuales en el solvente de bajo punto de ebullición, que se elimina fácilmente después de la deposición sobre la tela, lo que da como resultado una red conductora delgada y uniforme compuesta de múltiples hojas de grafeno. La superposición posterior de varios tejidos de grafeno y nitruro de boro hexagonal crea una región activa que permite el almacenamiento de carga. Este tipo de “batería” en la tele es flexible y puede soportar ciclos de lavado en una lavadora norma.
“El teñido de textiles ha existido durante siglos usando pigmentos simples, pero nuestro resultado demuestra por primera vez que las tintas basadas en grafeno y materiales relacionados pueden usar para producir textiles que podrían almacenar y liberar energía”, dijo la profesora Chaoxia Wang de Universidad de Jiangnan en China.
“Nuestro proceso es escalable y no existen obstáculos fundamentales para el desarrollo tecnológico de dispositivos electrónicos portátiles tanto en términos de complejidad como de rendimiento”.
El trabajo realizado por los investigadores de Cambridge abre una serie de oportunidades comerciales para la tinta basada en materiales bidimensionales, que van desde la salud personal y la tecnología hasta la energía portátil y el almacenamiento de datos, las prendas militares, la información portátil y la moda.
“Convertir los textiles en elementos funcionales de almacenamiento de energía puede abrir un conjunto completamente nuevo de aplicaciones, desde la recolección y el almacenamiento de energía corporal hasta el internet de las cosas”, dijo Torrisi.
“En el futuro, nuestra ropa podría incorporar estos elementos de almacenamiento de carga basados de textiles y Dispositivos textiles portátiles de potencia”.
La investigación fue apoyada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas, el Newton Trust, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China. La tecnología está siendo comercializada por Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de la Universidad.
Un paso más cerca de la tecnología portátil cómoda y conveniente
Investigadores de la Universidad de Columbia Británica (UBC) en Canadá han creado una batería que funciona incluso cuando se estira al doble de su longitud o después de lavarla. Desarrollado por la Dra. Ngoc Tan Nguyen y sus colegas Bahar Iranpour, Evan Cheng y el Dr. John Madden, la batería flexible y lavable podría revolucionar los dispositivos portátiles.
El Dr. Ngoc explica: “La electrónica portátil es un gran mercado y las baterías extensibles son esenciales para desarrollo. Sin embargo, hasta ahora, las baterías estirables no han sido lavables, esta es una adición crítica si van a resistir las demandas del uso diario.”
Para hacerlo flexible, el equipo trituró los compuestos clave de la batería (zinc y dióxido de manganeso) en pequeños pedazos y los incrusto en un plástico gomoso. La batería consta de varias capas ultra finas de estos polímeros envuelta dentro de una carcasa del mismo polímero. Esta construcción crea un sello hermético e impermeable que asegura la integridad de la batería a través del uso repetido.
Para probar el sello a prueba de agua, el estudiante de doctorado Bahar Iranpour sugirió tirar la batería en la lavandería, hasta ahora, ha resistido 39 ciclos de lavado. “Ponemos nuestros prototipos en un ciclo de lavado real en lavadoras domésticas y comerciales. Salieron intactos y funcionales y así es como sabemos que esta batería es realmente resistente”, dice iranpour.
Sobre la elección del zinc y dióxido de magnesio, explica Nguyn, “optamos por el zinc-manganeso por que los dispositivos que se usan cerca de la piel, es una química más segura que las baterías de iones de litio, que pueden producir compuestos tóxicos cuando se rompen”.
Además de su flexibilidad y facilidad de lavado, el equipo de UBC también dice que la batería es asequible. “los materiales utilizados son de un costo increíblemente bajo, por lo que, si se fabrica en grandes cantidades, será barato”, dice el DR. Jhon Madden, director del laboratorio de ingeniería de procesos de materiales avanzados de la UBC, quien superviso el trabajo.
La investigación se ha publicado en un artículo y los investigadores están trabajando para aumentar la potencia de salida y el ciclo de vida de la batería. La batería podría aplicarse a relojes y parches para medir signos vitales e integrarse con ropa que puede cambiar de o color o temperatura de forma activa.
Los dispositivos portátiles necesitan energía. Al crear una celda que es suave, estirable y lavable, estamos haciendo que la energía portátil sea cómoda y conveniente” concluye Madden.
¿Cuáles son los tipos de ropa inteligente que se verían beneficiados?
Los productos de ropa inteligente son esencialmente dispositivos electrónicos para comunicarse con dispositivos conectados (como teléfonos inteligentes) y el cuerpo del usuario.
La ropa inteligente utiliza una variedad de sensores para recopilar datos biométricos y físicos del usuario, como la temperatura corporal y la frecuencia cardiaca. Los datos generados por el sensor se transfieren a aplicaciones relevantes en un teléfono inteligente emparejado a través de Bluetooth, donde están disponibles para que los usuarios lo visualicen. La ropa inteligente puede incorporar fibras textiles avanzadas, microelectrónica, biotecnología e inteligencia artificial.
FIBRAS AVANZADAS.
Los avances en la ciencia de los materiales en la ciencia de los materiales están añadiendo nuevas funcionalidades a los textiles. Se pueden agregar metales, fibras ópticas y polímeros conductores a los textiles para permitir capacidades sensoriales, conductividad eléctrica y transmisión de datos en la ropa.
Las empresas de indumentaria y tecnología están trabajando con estos materiales y fibras textiles como nailon, algodón, poliéster, seda, lana, kevlar para fabricar fibra avanzada.
Las funcionalidades añadidas de las telas pueden reducirse después del lavado y uso, por lo que están recubiertas con nanopartículas. La gran superficie y la alta energía de las nanopartículas aumentan la durabilidad y permiten que los tejidos conserven sus propiedades táctiles. Las nanopartículas también permiten agregar a la ropa propiedades durabilidad repelentes al agua y de protección ultravioleta (UV).
IMPRESIÓN 3D.
La impresión 3D se asocia principalmente con la creación de prototipos en varias industrias. Es una tendencia en desarrollo en la industria de la confección y está avanzando cada vez más en la ropa inteligente.
En 2019 investigadores de la Universidad de Tsinghua en China usaron una impresora 3D para hacer patrones y dibujar imágenes y letras en seda, dándole la capacidad de transformar el movimiento en energía.
