Singapurscy naukowcy wszyli ekran dotykowy prosto w rękaw

Badacze z National University of Singapore pokazali, że zwykły rękaw ubrania może pełnić funkcję ekranu dotykowego. Dzięki wszytej elektronice da się na nim obsłużyć kalkulator, puścić film czy sterować funkcjami samym dotykiem materiału. Zamiast montować gotowy wyświetlacz na tkaninie, naukowcy od razu wbudowali podzespoły elektroniczne w struktur włókien. Taki prototyp pozostaje giętki, przepuszcza powietrze i - co ważne - przeszedł cało 50 cykli prania. Na razie to jednak wyłącznie projekt badawczy, nie produkt gotowy do kupienia.

Ekran z nici zamiast szkła. Tak wygląda niezwykły rękaw

Inżynierowie z National University of Singapore stworzyli specjalne włókna elektroniczne, które równocześnie generują obraz i wyczuwają dotyk palca. W część przedramienia rękawa wpleciono aż 54 takie nici, a w każdej z nich zmieściło się 96 diod LED. Dało to łącznie ekran o rozdzielczości 96 na 54 piksele, zajmujący powierzchnię 16,8 na 10,5 cm.

Na takim materiale da się przeglądać fotografie, korzystać z prostego kalkulatora, a także odtwarzać wideo w płynności 30 klatek na sekundę. Układ obsługuje wielodotyk, reaguje na komendy głosowe i łączy się bezprzewodowo przez Bluetooth. Za odtwarzanie dźwięku odpowiadają dodatkowe komponenty umieszczone bezpośrednio we włóknach. Zarówno punkty świetlne, jak i warstwy czułe na nacisk, zostały zintegrowane w elastycznej strukturze nici. Pełny opis konstrukcji trafił do czasopisma Nature.

Największym wyzwaniem okazało się połączenie tysięcy drobnych podzespołów elektronicznych w taki sposób, by całość nadawała się do szycia. Naukowcy wykorzystali laser do precyzyjnego odsłaniania wybranych fragmentów cienkich, izolowanych przewodów, a następnie dokładnie nakładali tam roztopione lutowie, scalając chipy bez zalewania reszty struktury.

W rezultacie powstało ponad 20 tysięcy połączeń elektrycznych obsługujących przeszło 5 tysięcy układów scalonych. Kolejnym krokiem było termiczne wyciąganie włókien - pod wpływem wysokiej temperatury powstała wielowarstwowa nić o średnicy około 1 mm i długości 10 metrów. Pod warstwą diod umieszczono osobną warstwę czułą na nacisk, dzięki czemu system jest w stanie dokładnie określić miejsce dotknięcia.

Każda z 54 nici ma własny, niezależny kanał sterujący. Dzięki temu nawet uszkodzenie jednego włókna nie wyłącza całego ekranu - pozostałe wciąż mogą funkcjonować. Ma to znaczenie, bo tkanina na co dzień jest zginana i rozciągana znacznie bardziej niż sztywny ekran zabezpieczony szkłem.

Naukowcy przetestowali wytrzymałość prototypu, poddając go 50 praniom z detergentem w standardowej pralce oraz 1000 zgięciom wokół elementu o promieniu 5 mm. Po tych próbach jasność świecenia oraz czułość na dotyk zmieniły się jedynie w niewielkim stopniu. Zespół podkreśla również, że przewiewność takiego ekranu jest zbliżona do zwykłej bawełny, poliestru czy dżinsu.

Wcześniej opisywaliśmy już tkaniny korzystające z fal dźwiękowych do pomiaru ruchu, oddechu czy nacisku. Projekt z Singapuru idzie o krok dalej - pozwala nie tylko zbierać dane, ale też wyświetlać informacje i sterować nimi bezpośrednio na materiale, bez osobnego panelu. To inny kierunek badań niż eksperymentalny wyświetlacz zmieniający kształt powierzchni pod palcami, gdzie interfejs dotykowy tworzyły ruchome elementy mechaniczne. W tym przypadku funkcję ekranu przejęła sama tkanina.

Bluza mogłaby pokazać wyniki pomiarów

Poza samymi pikselami, zespół wbudował we włókna także mikrofon, głośnik oraz czujniki temperatury, ruchu, oświetlenia i orientacji przestrzennej. Dzięki temu rękaw może pełnić funkcję kompasu, samodzielnie regulować jasność wyświetlanego obrazu, a nawet pokazywać temperaturę ciała zmierzoną pod ramieniem.

Naukowcy wskazują na potencjalne zastosowania w monitorowaniu zdrowia, choć obecnie zaprezentowali przede wszystkim sam mechanizm działania interfejsu. W przyszłości tego typu ubranie mogłoby na bieżąco pokazywać dane z czujników, bez konieczności wyciągania telefonu czy patrzenia na zegarek. Można też wyobrazić sobie odzież roboczą, która przekazuje krótkie komunikaty bez angażowania rąk użytkownika.

Do wprowadzenia takiego rozwiązania na sklepowe półki wciąż jest daleka droga. Rozdzielczość pozostaje niewielka, a zespół badawczy pracuje obecnie nad cieńszymi włóknami, większymi powierzchniami ekranu oraz integracją z lokalnie działającą sztuczną inteligencją. Nie podano jeszcze ani ceny, ani metody produkcji na większą skalę, ani pełnych danych dotyczących długoterminowej trwałości materiału. Prototyp pokazuje jednak wyraźnie, że ekran nie musi być osobnym urządzeniem - może stać się integralną częścią ubrania.