Grâce aux fibres fonctionnelles, une chemise devient un microphone précieux

Un tissu se comporte comme un fluide, explique le professeur Yoel Fink du Massachusetts Institute of Technology, ce qui explique peut-être pourquoi les créateurs font même souvent référence au "flux" d'un vêtement.

"Les tissus que nous portons sont traversés par de petites vagues", a déclaré Fink, professeur de science des matériaux au MIT. "Nous ne les voyons pas parce qu'ils sont tout simplement trop petits."

Fink et une équipe de plusieurs universités, dont la Rhode Island School of Design, ont créé un matériau qui capte ces petites vagues.

La fibre piézoélectrique fonctionnelle, une fois pliée, produit une tension qui permet le traitement du signal et une sortie de données précieuses. Les informations provenant du matériel de détection pourraient un jour prendre en charge les aides auditives portables, les vêtements qui communiquent et les vêtements qui suivent les signes vitaux.

"Avoir quelques fibres fonctionnelles permet à un tissu entier de prendre un nouveau sens", a déclaré Fink à Tech Briefs.

Comment fabriquer un microphone en tissu

Le matériau commence par un "bloc" rectangulaire de préforme - de la taille d'un marqueur épais. Une fois que vous avez chauffé la préforme, vous pouvez la tirer, à la manière d'une tire, en longues bandes.

Fink et un groupe de chercheurs ont testé la sensibilité sonore de la fibre en fixant le capteur à une feuille de mylar suspendue. Avec des lasers, les ingénieurs ont mesuré la vibration de la feuille - et par extension, de la fibre - en réponse aux sons diffusés par un haut-parleur à proximité.

Les sons de test comprenaient une gamme d'environnements, des bibliothèques silencieuses aux routes bruyantes. La fibre vibrait et générait un courant électrique proportionnel au son joué.

Ensuite, l'équipe a tissé la fibre avec des fils conventionnels pour produire des panneaux de tissu drapable et lavable en machine.

"Cela ressemble presque à une veste légère - plus légère qu'un denim, mais plus lourde qu'une chemise habillée", a déclaré la chercheuse Elizabeth Meiklejohn de la Rhode Island School of Design (RISD) , qui a tissé le tissu à l'aide d'un métier à tisser standard.

Meiklejohn a travaillé avec une équipe qui comprenait l'auteur principal Wei Yan, qui a aidé à développer la fibre en tant que postdoctorant au MIT, le professeur Fink, et un certain nombre d'étudiants et de chercheurs supplémentaires au MIT, à la Case Western Reserve University, à l'Université du Wisconsin à Madison et au Institut de recherche de l'armée américaine sur la médecine environnementale.

"Le dévouement de nos étudiants, postdoctorants et personnel à faire avancer la recherche, qui m'a toujours émerveillé, est particulièrement pertinent pour ce travail, qui a été mené pendant la pandémie", a déclaré Fink.

Dans une courte séance de questions-réponses ci-dessous, Fink explique pourquoi il pense que l'avenir est dans les tissus et que les jours des "ordinateurs dans une boîte en verre" sont comptés.

Fiches techniques  :J'ai l'impression que les vêtements intelligents ne se sont pas nécessairement imposés, alors pourquoi pensez-vous que c'est le cas ?

Prof. Yoël Fink : Je ne pense pas qu'il existe encore, c'est pourquoi il ne s'est pas propagé !

Les gens se réfèrent à ce domaine en tant que vêtements, et je soulignerai simplement que les vêtements sont un mot pour les choses que nous ne portons pas. La technologie, l'ingénierie et même la science de la façon d'obtenir des tissus - de vrais tissus et fibres - pour faire des choses spéciales ne font que commencer à émerger. Ce futur se produit maintenant.

L'idée que vous allez mettre des montres ou des bibelots et tout ça, je pense, a rencontré des obstacles à l'adoption, ce qui limite l'horizon des soi-disant wearables.

Fiches techniques  :Alors, quels sont, selon vous, les défauts de ces appareils portables ?

Prof. Yoël Fink : Le numéro un a à voir avec la commodité. Je pense que nous préférons nous promener avec le moins de choses que nous pouvons. Le numéro deux a à voir avec l'esthétique. Ils ne sont pas très esthétiques. Le numéro trois concerne la proposition de valeur. Ils ne sont pas vraiment capables de fournir, par exemple, les bienfaits pour la santé que nous pensons que les tissus finiront par produire. Sur ces trois points, il y a place à l'amélioration.

Fiches techniques  :Qu'est-ce que ça fait de porter vos fibres fonctionnelles ?

Prof. Yoël Fink : La clé est d'interférer le moins possible avec le tissu lui-même - pour lui donner l'apparence et la sensation d'un tissu normal. À cet égard, la technologie est essentiellement imperceptible ou transparente. Donc, vous ne pourriez pas regarder cette chemise et dire :« OK, cette chemise est un microphone, ou cette chemise a de la mémoire, ou cette chemise est capable de faire des calculs », parce que la technologie est vraiment au niveau de la fibre.

Je pense que la chose importante à réaliser est que ce dont nous parlons ici change, entre autres choses, l'esthétique de la technologie. Vous n'entreriez jamais en disant :« Oh, le microphone est cet objet de beauté. Il n'y a pas de musées qui hébergent des microphones, n'est-ce pas ? Ce sont des objets assez peu attrayants, mais si je vous montrais un micro en tissu, vous diriez :"Oh mon Dieu, ça pourrait être vraiment esthétique." Cela ne ressemble pas à de la technologie, mais ça l'est en réalité.

Fiches techniques  :Alors, comment afficher le « rapport » de la fibre d'une manière qui soit utile à l'utilisateur ?

Prof. Yoël Fink : Où en sommes-nous ? Nous connectons cette fibre à un circuit. Le circuit saisit les informations et les convertit en un format numérique et permet le traitement du signal. Il y a un an, nous publiions un papier qui parlait d'une fibre numérique . Cette fibre pourrait prendre des signaux analogiques et les convertir essentiellement pour vous permettre de stocker des informations numériques; il a de la mémoire et un programme informatique. Donc, maintenant vous prenez une fibre qui pourrait mesurer quelque chose, et vous avez une autre fibre qui pourrait la stocker et l'analyser. Vous assemblez ces choses et vous commencez à voir comment un tissu va devenir un ordinateur. Et c'est ce que nous visons. Nous n'en sommes pas tout à fait là maintenant, mais nous n'en sommes pas trop loin.

Fiches techniques  :Quels types de premières applications envisagez-vous pour un microphone en tissu ?

Prof. Yoël Fink : Nos fibres ou nos tissus capturent, d'une certaine manière, la bande sonore de nos vies. Chaque fois que votre cœur bat, chaque fois que vous respirez, chaque fois que vous pliez le bras, chaque fois que vous marchez, chaque fois qu'une articulation bouge, chaque fois que le sang coule, il y a du son. Les tissus capturent tout cela. Tout ce son pénètre dans un tissu et se perd pendant la journée.

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Donc, ce que nous essayons de faire ici, c'est de dire :« Pourrions-nous rendre cette bande-son de nos vies accessible à nous ? Nous pouvons écouter notre cœur. Ce n'est pas écouter le signal électrique du cœur. C'est écouter le cœur lui-même. Le cœur est une pompe, et nous écoutons les valves et le fonctionnement de cette pompe. Les signaux électriques ne disent pas tout.

Un deuxième morceau :Maintenant, il y a une partie de la population qui a des problèmes cardiaques. Il y a une fraction beaucoup plus importante de la population qui tombe enceinte à un moment donné de sa vie. Et l'une des choses dont nous parlons est de savoir comment surveiller l'enfant à naître et écouter la façon dont l'enfant à naître communique - à travers leurs sons et à travers leurs mouvements et aussi à travers leur cœur. Être capable d'écouter le cœur de l'enfant à naître va nous donner d'énormes informations sur sa santé et son bien-être.

Dernier point mais non le moindre :les groupes qui ont des déficiences auditives, c'est-à-dire nous tous. Nous finirons tous par avoir des déficiences auditives. Les aides auditives fonctionnent dans des environnements calmes et non bruyants.

La raison pour laquelle nous avons deux oreilles et deux yeux est que cela nous permet d'avoir une idée de la profondeur et de la directionnalité. Pour l'ouïe, cela nous permet de nous asseoir dans un bar pour écouter la personne à qui nous parlons même si le bar est beaucoup plus bruyant. En ayant plusieurs fibres dans un tissu, nous montrons dans l'article que nous pouvions discerner la direction du son. Nous pensons que cela pourrait vraiment transformer les personnes qui ont des aides auditives et qui veulent conférer une capacité directionnelle à ces aides auditives.

Fiches techniques  :Quelle est la prochaine étape ?

Prof. Yoel Fink :C'est ce qu'on appelle le Fabric Computing !

Maintenant, j'enseigne un cours au MIT appelé Computing Fabrics où nous montrons comment le monde du calcul et le monde des tissus convergent, et je pense que cela aura d'énormes implications pour l'avenir de nous tous. Les jours de l'ordinateur ou du téléphone dans une boîte en verre dans notre poche ou notre portefeuille sont comptés. L'avenir de l'informatique est dans les tissus.

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