La combinaison de puissance :pas seulement pour le travail

Saviez-vous que l'intégration des nanomatériaux, de la fabrication et des tissus pour vêtements est sur le point de créer une toute nouvelle « combinaison électrique » portable qui peut aider à surveiller les patients ou à générer de l'énergie, parmi d'innombrables autres possibilités ?

Quatre instituts Manufacturing USA en collaboration avec les centres NIST MEP jouent un rôle vital dans cette industrie et sa chaîne d'approvisionnement affiliée en s'appuyant sur les développements commerciaux et techniques qui peuvent être rapidement appliqués dans ce nouveau domaine.

Alors que le développement des nanomatériaux se poursuit à un rythme accéléré, de plus en plus d'applications sont identifiées qui impliquent l'intégration de dispositifs de haute technologie avec des produits vieux de plusieurs siècles. L'une de ces applications dans l'industrie du vêtement est une nouvelle tendance connue sous le nom de Power Suits.

Récupération d'énergie

La récupération d'énergie est le processus par lequel l'énergie est dérivée de sources externes (par exemple, énergie solaire, énergie thermique, énergie éolienne, gradients de salinité et énergie cinétique, également connue sous le nom d'énergie ambiante), capturée et stockée pour de petits appareils autonomes sans fil, comme ceux utilisés dans l'électronique portable et les réseaux de capteurs sans fil. Au niveau du micro et du milliampère, cette pratique continue de gagner en importance à mesure que les appareils sont développés avec des besoins en énergie très faibles. C'est un domaine d'intérêt pour le secteur de l'habillement en particulier en ce qui concerne le transfert du « mouvement » en énergie.

Les applications potentielles dans cette industrie peuvent changer la vie.

La détection d'une chute de personne âgée, l'alimentation de stimulateurs cardiaques ou d'autres implants, l'intégration d'appareils GPS dans les vêtements des randonneurs ou la localisation de patients Alzheimer désorientés font partie des possibilités1. Le transfert repose sur deux phénomènes bien connus :les effets piézoélectriques et triboélectriques. Les effets piézoélectriques interconnectent les signaux électriques et la force mécanique, tandis que les effets triboélectriques impliquent la collecte de charges opposées sur deux matériaux différents une fois que les matériaux entrent en contact l'un avec l'autre.

Le rôle des instituts Manufacturing USA et des centres MEP

Les Power Suits et autres vêtements techniquement avancés nécessitent des développements commerciaux et technologiques dans quatre domaines hautement intégrés :capteurs flexibles, utilisation « intelligente » des données, électronique de puissance et tissus. Il s'agit de l'un des domaines d'intérêt technologique des instituts Manufacturing USA récemment créés : 

La mission de PowerAmerica est de développer des processus de fabrication avancés qui permettront la production à grande échelle de semi-conducteurs à large bande interdite (WBG), qui permettent aux composants électroniques d'être plus petits, plus rapides et plus efficaces que les semi-conducteurs fabriqués à partir de silicium.

NEXTFLEX se concentre sur le développement d'une nouvelle ère dans la fabrication d'électronique hybride flexible (FHE) en catalysant l'écosystème américain d'électronique hybride flexible pour commercialiser la technologie grâce à des investissements dans la mise à l'échelle des matériaux FHE, le traitement de dispositifs amincis, l'impression et l'emballage intégrés de dispositifs/capteurs, la conception de systèmes des outils, des tests de fiabilité et de la modélisation.

Le Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute rassemble un consortium de près de 200 partenaires du monde universitaire, de l'industrie et d'organisations à but non lucratif, de plus de 30 États, pour stimuler les progrès des capteurs intelligents et des contrôles de processus numériques qui peuvent radicalement améliorer l'efficacité des États-Unis. fabrication de pointe.

Un organisme national à but non lucratif soutenu par l'industrie, les universités, le gouvernement et le capital-risque, l'Institut Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) accélérera la commercialisation à grande échelle de tissus hautement fonctionnels. Cela comprend les récentes percées dans les matériaux fibreux et les procédés de fabrication qui nous permettront bientôt de concevoir et de produire des tissus qui voient, entendent, sentent, communiquent, stockent et convertissent l'énergie, régulent la température, surveillent la santé et changent de couleur - l'aube d'une « révolution du tissu ”.

Un élément clé pour la mise en œuvre et l'adoption de ces nouvelles technologies avec les fabricants à travers les États-Unis est le projet pilote d'intégration du MEP dans les instituts de fabrication aux États-Unis qui a débuté en 2016. Certains des principaux objectifs du projet pilote sont :

• sensibiliser les petits fabricants américains aux domaines d'intervention et aux ressources du Manufacturing USA Institute ;
• assurer la participation des petits fabricants américains aux processus et activités associés à l'information et au développement des programmes de recherche des instituts ;
• augmenter la participation des petits fabricants américains aux recherches du Manufacturing USA Institute ; et
• assurer la transition des résultats de recherche de l'Institut vers les petits fabricants américains pour la mise en œuvre.

Juste le début

Le développement de combinaisons de puissance effleure à peine la surface des progrès qui sont possibles avec l'intégration de phénomènes physiques, les nanomatériaux et l'adoption de nouvelles technologies. La production commerciale de produits de pointe, tels que ceux-ci, nécessite des chaînes d'approvisionnement qui intègrent de nouveaux développements technologiques et de nouveaux processus. Grâce à la collaboration des instituts Manufacturing USA et des centres MEP, les fabricants pourront accéder à des marchés qui auraient autrement été inaccessibles, tout en proposant de nouveaux produits innovants aux consommateurs.

Si vous souhaitez en savoir plus sur ces développements, veuillez contacter votre centre MEP local ou le siège social du NIST MEP au 301-975-0413.

---

^1. « La nanotechnologie pourrait nous apporter une toute nouvelle « combinaison de puissance », CEN.ACS.ORG, 16 janvier 2017, P15-17.