Un capteur pour textiles intelligents survit à la machine à laver, aux voitures et aux marteaux –

Nous mettons beaucoup de vêtements à l’épreuve et pour que les textiles intelligents du futur survivent à tout ce que nous leur jetons, leurs composants devront être résistants.

Désormais, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences et du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ont développé un capteur de déformation ultra-sensible et très résilient qui peut être intégré dans des textiles et des systèmes robotiques souples.

La recherche est publiée dans La nature.

“Les jauges de contrainte souples actuelles sont vraiment sensibles mais aussi très fragiles”, a déclaré Oluwaseun Araromi, chercheur associé en science des matériaux et génie mécanique à SEAS et à l’Institut Wyss et premier auteur de l’article. “Le problème est que nous travaillons dans un paradigme oxymoronique – les capteurs à haute sensibilité sont généralement très fragiles et les capteurs très puissants ne sont généralement pas très sensibles. Nous devions donc trouver des mécanismes qui pourraient nous donner suffisamment de chaque propriété.”

En fin de compte, les chercheurs ont créé un design qui ressemble et se comporte très bien comme un Slinky.

“Un Slinky est un cylindre solide de métal rigide mais si vous le modelez dans cette forme en spirale, il devient extensible”, a déclaré Araromi. “C’est essentiellement ce que nous avons fait ici. Nous avons commencé avec un matériau en vrac rigide, dans ce cas de la fibre de carbone, et l’avons modelé de manière à ce que le matériau devienne extensible.”

Le motif est connu comme un méandre serpentin, car ses hauts et ses bas pointus ressemblent au glissement d’un serpent. Les fibres de carbone conductrices à motifs sont ensuite prises en sandwich entre deux substrats élastiques pré-formés.

La conductivité électrique globale du capteur change lorsque les bords de la fibre de carbone à motifs sortent du contact les uns avec les autres, de la même manière que les spirales individuelles d’un slinky sortent du contact l’une avec l’autre lorsque vous tirez les deux extrémités. Ce processus se produit même avec de petites quantités de contrainte, ce qui est la clé de la haute sensibilité du capteur.

Contrairement aux capteurs extensibles très sensibles actuels, qui reposent sur des matériaux exotiques tels que le silicium ou les nanofils d’or, ce capteur ne nécessite pas de techniques de fabrication spéciales ni même de salle blanche. Il pourrait être fabriqué en utilisant n’importe quel matériau conducteur.

Les chercheurs ont testé la résilience du capteur en le poignardant avec un scalpel, en le frappant avec un marteau, en le renversant avec une voiture et en le jetant dix fois dans une machine à laver. Le capteur est sorti indemne de chaque test.

Pour démontrer sa sensibilité, les chercheurs ont intégré le capteur dans un manchon de bras en tissu et ont demandé à un participant de faire différents gestes avec sa main, y compris un poing, une paume ouverte et un mouvement de pincement. Les capteurs ont détecté les petits changements dans le muscle de l’avant-bras du sujet à travers le tissu et un algorithme d’apprentissage automatique a réussi à classer ces gestes.

«Ces caractéristiques de résilience et de robustesse mécanique placent ce capteur dans un tout nouveau camp», a déclaré Araromi.

Un tel manchon pourrait être utilisé dans tout, des simulations de réalité virtuelle et des vêtements de sport aux diagnostics cliniques pour les maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson.

Le bureau de développement technologique de Harvard a déposé une demande de protection de la propriété intellectuelle associée à ce projet.

«La combinaison d’une sensibilité et d’une résilience élevées sont des avantages évidents de ce type de capteur», a déclaré Robert Wood, professeur Charles River d’ingénierie et de sciences appliquées à SEAS et auteur principal de l’étude. “Mais un autre aspect qui différencie cette technologie est le faible coût des matériaux constitutifs et des méthodes d’assemblage. Nous espérons que cela réduira les obstacles à la généralisation de cette technologie dans les textiles intelligents et au-delà.”

«Nous explorons actuellement comment ce capteur peut être intégré dans les vêtements en raison de l’interface intime avec le corps humain qu’il fournit», déclare Conor Walsh, professeur Paul A. Maeder d’ingénierie et de sciences appliquées à SEAS et co-auteur de l’étude . “Cela permettra de nouvelles applications passionnantes en étant capable d’effectuer des mesures biomécaniques et physiologiques tout au long de la journée d’une personne, ce qui n’est pas possible avec les approches actuelles.”

La recherche a été co-écrite par Moritz A. Graule, Kristen L.Dorsey, Sam Castellanos, Jonathan R. Foster, Wen-Hao Hsu, Arthur E. Passy, ​​James C. Weaver, Senior Staff Scientist chez SEAS et Joost J. Vlassak , professeur Abbott et James Lawrence en génie des matériaux à SEAS.

Il a été financé par l’alliance de recherche stratégique de l’université avec Tata. L’alliance de 6 ans et 8,4 millions de dollars a été établie en 2016 pour faire progresser l’innovation de Harvard dans des domaines tels que la robotique, les technologies portables et l’Internet des objets (IoT).