Révolutionner les wearables : La combinaison de puissance émergente pour la surveillance de santé et la génération d'énergie

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

Quatre Instituts Manufacturing USA en collaboration avec les Centres MEP du NIST jouent un rôle vital dans cette industrie et sa chaîne d'approvisionnement affiliée en s'appuyant sur des 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 impliquant l'intégration de dispositifs 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 (combinaisons de puissance).

Récupération d'énergie

La récupération d'énergie est le processus par lequel l'énergie est dérivée de sources externes (par exemple, l'énergie solaire, l'énergie thermique, l'énergie éolienne, les gradients de salinité et l'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 micro- et milli-ampère, cette pratique continue de gagner en importance à mesure que des appareils sont développés avec des besoins en énergie très faibles. C'est un domaine d'intérêt pour le secteur du vêtement spécifiquement en ce qui concerne le transfert du « mouvement » en énergie.

Les applications potentielles dans cette industrie peuvent changer des vies.

La détection d'une chute d'une personne âgée, l'alimentation de stimulateurs cardiaques ou d'autres implants, et l'intégration de dispositifs GPS dans les vêtements pour les randonneurs ou pour localiser des patients Alzheimer désorientés sont quelques-unes des possibilités¹. Le transfert est basé 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 dissemblables 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 de quatre domaines hautement intégrés : capteurs flexibles, utilisation de données « intelligentes », électronique de puissance et tissus. Ce sont parmi les domaines de focus technologique des Instituts Manufacturing USA récemment établis :

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 en 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 dispositif/capteur, les outils de conception de système, et les tests de fiabilité et la modélisation.

L'Institut d'innovation pour la fabrication intelligente Clean Energy Smart Manufacturing rassemble un consortium de près de 200 partenaires du monde universitaire, de l'industrie et des organisations à but non lucratif, de plus de 30 États, pour stimuler les avancées dans les capteurs intelligents et les contrôles de processus numériques qui peuvent améliorer radicalement l'efficacité de la fabrication avancée américaine.

Une association nationale à but non lucratif soutenue par l'industrie, le monde universitaire, le gouvernement et le capital-risque, l'Institut Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) accélérera la commercialisation généralisée de tissus hautement fonctionnels. Cela inclut les récentes percées dans les matériaux fibreux et les processus de fabrication qui nous permettront bientôt de concevoir et 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 les projets pilotes Embedding MEP in Manufacturing USA Institutes qui ont commencé en 2016. Certains des principaux objectifs du pilote sont de :

• augmenter la sensibilisation des petits fabricants américains aux domaines de focus et ressources des Instituts Manufacturing USA ;
• assurer l'implication des petits fabricants américains dans les processus et activités associés à l'information et au développement des agendas de recherche des Instituts ;
• augmenter la participation des petits fabricants américains à la recherche des Instituts Manufacturing USA ; et
• assurer la transition des résultats de recherche des Instituts vers les petits fabricants américains pour la mise en œuvre.

Juste le début

Le développement des power suits effleure à peine la surface des avancées possibles avec l'intégration de phénomènes physiques, de nanomatériaux et d'adoption de nouvelles technologies. La production commerciale de produits à la pointe de la technologie, comme ceux-ci, nécessite des chaînes d'approvisionnement qui intègrent de nouveaux développements technologiques et 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 apportant des produits nouveaux et innovants aux consommateurs.

Si vous êtes intéressé à en savoir plus sur ces développements, veuillez contacter votre Centre MEP local ou le siège du NIST MEP au 301-975-0413.

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