Смарт кожа что это
Обновлено: 23.04.2024
Как-то Вивьен Вествуд на вопрос о моде сказала, что все придумано до нас и остается лишь использовать чужие мысли и новейшие технологии.
Что мы знаем об искусственных цветах? Да, верно, уже все на свете. Какое огромное количество техник и подходов существует в настоящее время! И не счесть! Если говорить о тонкой ручной работе, то и тут – великое множество техник и способов их изготовления, ведь каждый мастер привносит что-то свое, наматывает на веретено времени свое видение и умение, делится этим с миром, растет сам и передает свои знания дальше.
Иногда кажется, что твое искусство предельно, что функционал материала изучен тобой и твоими предшественниками полностью, и именно в такие моменты Вселенная подбрасывает нам невероятные сюрпризы, заставляющие влюбляться в свою профессию с каждым днем все больше и больше, видеть потрясающие перспективы, понимать, что ограничений нет и с ростом технологий у ручного труда каждый день появляются шансы стать еще более креативным, более сложным и невероятно притягательным.
И сегодня мы объявляем о новинке: о новой сенсационной технологии, способной свести с ума целую армию мастеров, особенно всех тех, кто занимается изготовлением цветов и аксессуаров из кожи.
«УМНАЯ КОЖА» – это потрясающий тандем тончайшего спилка, который только появляется на российском рынке, и специально разработанных для этого материала присадок, способных придавать ему удивительные формы.
Эта кожа будет интересна не только мастерам, предпочитающим работать с кожей, она определенно заинтересует и тех, кто занимается цветами из ткани. Для нас (а я причисляю и себя в эту категорию мастеров) открываются невероятные горизонты! Этот чудо-материал передает фактуру ткани и гораздо более пластичен, чем многие из них, он великолепно окрашивается, обрабатывается и может стать потрясающим дополнением к нашим изделиям. То, что возможно сделать из тончайшей кожи, зачастую невозможно сделать из ткани… Она более пластичная, отлично держит форму и в нашем деле имеет сногсшибательные перспективы. Я уже не говорю о вышивке, эта кожа… гениальна!
Итак, представляю вашему вниманию розу «Валенсия», изготовленную из тончайшего спилка с применением дополнительных средств обработки кожи. Эта роза изготовлена в любимой нами стилистике somebana, частично обработана вручную и инструментарно. На нашем вебинаре вы приобретете базовые знания о работе с новым материалом, научитесь красить кожу, увидите специфику ее обработки. Мы поговорим и о перспективах развития цветоделия.
Мы опять стоим у истоков новейшей техники! И как приятно осознавать, что вы первые познакомитесь и начнете осваивать эту поистине удивительную технологию, таящую в себе множество сюрпризов.
Исследователи из Университета Эмори и Технологического института Джорджии (США) вдохновились способностью хамелеона менять свою расцветку и разработали гибкую «умную» кожу, которая меняет свой цвет в ответ на солнечные лучи и не деформируется, передает портал EurekAlert!. Статья с результатами работы опубликована в журнале ACS Nano.
Чтобы изменить цвет кожи, хамелеон использует не пигменты, а множество крошечных структур, известных как фотонные кристаллы. Свет отражается от этих микроскопических поверхностей и «мешает» другим лучам отраженного света, создавая определенный цвет. Оттенок меняется, когда меняется расстояние между фотонными кристаллами: например, когда хамелеон напрягается или расслабляется. Если кристаллы расположены близко друг к другу (например, когда животное находится состоянии покоя), они отражают синий цвет. Когда же хамелеон напряжен (скажем, если чувствует опасность), его кожа растягивается – и кристаллы удаляются друг друга. В таком случае она приобретает различные цвета от желтого до красного.
Чтобы наделить такой же способностью искусственную кожу, ученые встроили фотонные кристаллы в гибкие материалы, такие как гидрогели, и изменили их цвет, сжимая или расширяя материал, как аккордеон. Однако большие колебания размера могут деформировать «кожу». Исследователи из Университета Эмори и Технологического института Джорджии хотели поближе познакомиться с кожей хамелеона и использовать то, что они узнали, для создания «умной» кожи, способной выдерживать напряжение.
Наблюдая за тем, как меняется кожа хамелеона, на фотографиях, снятых в режиме тайм-лапс, исследователи заметили, что на самом деле только небольшая часть клеток кожи содержит фотонные кристаллы. Остальные клетки – бесцветны. Команда пришла к выводу, что бесцветные клетки могут помочь приспособиться к напряжению, когда фотонные кристаллы сжимаются и расширяются. Вдохновленные этим наблюдением, исследователи создали образцы фотонных кристаллов в гидрогеле, а затем встроили эти массивы во второй, не меняющий цвет гидрогель, который выполнял роль поддерживающего слоя. При нагревании полученный материал изменил цвет, и при этом остался того же размера. «Умная» кожа также изменила свой оттенок в ответ на естественный солнечный свет, подобно тому, как это делает маленькая рыбка тетра.
Исследователи утверждают, что из нового материала можно делать камуфляж, его можно использовать для сигнализации и борьбы с контрафакцией.
[Фото: Adapted from ACS Nano 2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b04231]
Весь современный хайтек, будь то робототехника или новые технологии в медицине, авиация или системы вооружений, опирается на двух «китов»: программное обеспечение и новые материалы с их необыкновенными свойствами и фантастическими возможностями. И прогресс в области «харда» зачастую не менее впечатляющ, чем достижения разработчиков «софта».
Аббревиатура МЭМС — микроэлектромеханические системы — давно вошла в инженерно-конструкторский обиход. Под МЭМС обычно подразумеваются устройства, которые соседствуют с интегральными микросхемами, работают под их управлением, но заняты не вычислениями, а взаимодействием с физическими проявлениями окружающей среды. Это могут быть датчики или микроскопические актуаторы, они же исполнительные механизмы.
Идея есть — нужны технологии
Как правило, МЭМ-приборы реализуют на подложках из жесткого материала (кремний, стекло ). Однако во многих областях уже давно возникают задачи, требующие установления датчиков, исполнительных устройств или электронных схем на поверхностях объектов сложной формы, например на человеческом теле, для чего необходимо применение гибких (конформных) подложек. В этой связи можно упомянуть тактильные датчики, фиксируемые на пальце или в каком-либо другом месте руки. Еще один пример — измерение распределения давления, касательного механического напряжения или иной физической величины на неплоской поверхности, когда требуется, например, контролировать в реальном времени течение жидкостей или газов и управлять ими. МЭМ-датчики на гибкой подложке получили название МЭМ-обшивки (MEMS skin). Такая «умная кожа» в будущем сможет отслеживать, к примеру, параметры обтекания крыла набегающим потоком и слегка изменять форму аэродинамической плоскости с целью снижения лобового сопротивления.
Звучит все это заманчиво и перспективно, но на самом деле далеко не все вопросы материального воплощения таких интеллектуальных конструкций решены и простора для конструкторской мысли в этой области предостаточно.
В правой колонке показаны примеры создания «островков» с помощью разных технологий травления кремния. Травление кислотами оставляет округлую выемку и хрупкие края «островков». Более эффективно анизотропное (учитывающее кристаллографические направления материала) травление, образующее сходящиеся стенки. Нижний рисунок показывает сочетание анизотропного с реактивно-ионным травлением, что создает наиболее оптимальную форму «островков». В левой колонке показаны профили разных видов «умной обшивки», где многослойный «сэндвич» подвергается травлению с обеих сторон с помощью сочетания разных технологий.
Для изготовления миниатюрных гибких конструкций, сочетающих в себе электронно-вычислительные и электронно-механические микроприборы, разработано несколько методов. Самый очевидный — формирование нужного набора устройств непосредственно на гибкой подложке по аналогии с изготовлением тонкопленочных транзисторов на подложке из пластика, полимера или металла. Этот подход не требует значительных затрат и позволяет получать структуры большой площади. Но есть одно «но»: гибкие подложки очень чувствительны к высоким температурам, и если технология нанесения «кожи» предполагает нагрев, то всю конструкцию можно испортить. Непригодны здесь и технологии изготовления измерительных преобразователей с применением высокотемпературных процессов и жестких материалов, таких как монокристаллический кремний. Более того, в таком случае может оказаться невозможным и формирование электронных схем с использованием обычных промышленных технологий. А схемы новых технологий на основе аморфного кремния и электропроводящих полимеров, несмотря на большой объем исследований в данной области, не смогут в обозримом будущем сравняться по степени интеграции и рабочим характеристикам со схемами на монокристаллическом кремнии.
Еще одна проблема, стоящая перед разработчиками МЭМ-обшивок, это влияние механического напряжения, возникающего при изгибе подложки. Одно дело, когда подложка имеет вид гибкого листа, а другое — когда она нанесена на некую искривленную поверхность. В этом случае на сгибах могут возникать трещины, причем не только в самом материале подложки, но и в активных элементах, что вряд ли благоприятно отразится на их работоспособности.
Сэндвич для модулей
Свой весьма перспективный вариант технологии создания «умной кожи» предложили в лаборатории размерной микрообработки (Micromachining Lab) Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). Новый метод изготовления МЭМ-обшивок с размещением МЭМ-приборов и интегральных схем на подложке из кремния выглядит следующим образом. Вначале всю схему монтируют обычным образом на общей кремниевой пластине. Затем поверхность пластины покрывают слоем полимера, в котором выкраивают места для металлических контактных площадок, а при необходимости и для самих МЭМ-приборов и интегральных схем. После этого уменьшают толщину пластины с ее нижней стороны и формируют матрицы из кремниевых «островков». Это делается путем селективного протравливания с нижней стороны глубоким реактивным ионным травлением. Последняя операция — герметизация кремниевых «островков» снизу и опять же путем нанесения слоя полимера. В итоге получается некий сэндвич из двух слоев гибкого полимера, внутри которого находится разбитая теперь на микромодули пластина. Разумеется, «островки» сохраняют связь между собой. Важно, что микромодули остаются достаточно жесткими, что исключает воздействие на них механических напряжений при изгибах МЭМ-обшивки. Вместе с тем «островки» очень малы и на гибкость обшивки не влияют. Самое важное достоинство рассматриваемого метода — совместимость с современными технологиями производства МЭМ-приборов и интегральных схем, поскольку они формируются на кремниевой пластине еще до начала изготовления собственно обшивки. Это позволяет легко использовать отработанные решения из области кремниевой микросхемотехники датчиков и вычислителей.
С помощью данного метода, например, созданы МЭМ-обшивки в виде одномерной матрицы из 36 датчиков для измерений касательного механического напряжения в задачах обнаружения срыва потока. Такие обшивки можно фиксировать на полуцилиндре диаметром в 12,7 мм с равномерным распределением датчиков с шагом в 5° на его направляющей линии. Эти МЭМ-обшивки уже успешно прошли летные испытания на беспилотном летательном аппарате с размахом крыла в 2,1 м. В частности, была получена картина распределения потока на передней кромке крыла в реальном времени.
Первые образцы «умной обшивки», представляющих собой массив микроэлектромеханических сенсоров, фиксирующих напряжение сдвига, устанавливаются на крыло БПЛА. В будущем такие покрытия включат в себя не только МЭМ-элементы, но и управляющую электронику, а обшивка обретет новые функции.
Как уже говорилось, эти работы были выполнены в Лаборатории размерной микрообработки (Micromachining Lab) Калифорнийского технологического института. В настоящее время в Университете округа Уэйн (Wayne State University) исследуется ряд новых применений метода изготовления интеллектуальных обшивок, включая интеллектуальный текстиль.
Кроме того, была предложена и продемонстрирована технология изготовления гибких обшивок, совместимая с технологией КМДП-схем (логических схем на комплементарных полевых транзисторах) на структурах типа «кремний на диэлектрике» (КНД). По этой технологии сначала на КНД-пластине формируются интегральные схемы и МЭМ-приборы стандартными способами КМДП и МЭМ. Затем формируется полимерный сэндвич.
Можно считать, что подобные технологии сыграют свою роль в создании перспективных медицинских имплантатов, носимых датчиков и интеллектуального текстиля. Совместимость технологических процессов с КМДП- и МЭМ-технологиями позволяет надеяться на скорое появление многофункциональных интеллектуальных обшивок со встроенными высококачественными датчиками и управляющей электроникой, пригодных для самых различных применений, включая летательные аппараты. Именно тогда электронная «кожа» станет по-настоящему «умной».
Будущее здравоохранения — за носимыми устройствами. В этом абсолютно уверены сотрудники Токийского университета. Японские ученые совместно с инженерами японской типографии Dai Nippon Printing представили «умную» кожу. Эластичный и дышащий экран плотно прилегает к коже и в режиме реального времени отображает данные о состоянии здоровья хозяина, пишет Digital Trends.
Как вторая кожа
Преимущество разработки заключается в удобстве и долгом сроке использования благодаря стойкости материала к деформации. В сравнении с существующими носимыми устройствами (трекерами, смарт-браслетами и «умными» часами) и профессиональным медоборудованием для сбора биометрических данных эластичная кожа гораздо компактнее и незаметнее. Дисплей не сковывает движений и не доставляет дискомфорта при ношении. Еще один плюс — возможность сохранить информацию на свой смартфон.
Наш кожный дисплей отлично «сидит» на теле благодаря своей эластичности. Он показывает простые двигающиеся графики, включая данные электрокардиограммы, которые фиксируют наши датчики. Это первый тянущийся дисплей, который демонстрирует хорошие результаты износостойкости. Мы соединили датчики кожи и дисплеи: сенсоры отвечают за удобный сбор точных данных, в то время как дисплеи обеспечивают безопасную и интуитивно понятную обратную связь.
— Такаяо Сомэа, научный руководитель проекта Токийского университета
Эластичный дисплей вместо нескольких измерительных приборов
Внутри гнущегося дисплея установлены светодиоды, которым не страшны заломы и растягивания. Помимо кардиограммы тонкий сенсор может измерять температуру, кровяное давление и нервные импульсы. Авторы считают, что их «детище» пригодится для домашнего мониторинга показателей состояния всех членов семьи, а в особенности подойдет аудитории постарше.
О дебюте японского чудо-устройства на рынке говорить пока рано, но создатели настроены оптимистично. Они предполагают, что «умная» кожа может стать доступна уже в следующие три года. Сейчас ученые доводят сенсор до ума, размышляя над новыми функциональными возможностями. Поскольку готового устройства еще не существует, то и приблизительной стоимости японцы не назвали. Даже если предположить, что смарт-кожа появится с ценником выше $500, это все равно дешевле, чем купить электрокардиограф, тонометр и градусник от ведущих производителей.
Создана так называемая «умная кожа», которая предупреждает ее владельцев о воздействии на них ультрафиолетового излучения. Ученые из Королевского технологического института в Мельбурне разработали растягиваемое и настраиваемое устройство, которое сообщает о незаметных нашему глазу опасностях, которые исходят от Солнца. Как известно, ультрафиолетовое излучение может вызывать поражение кожи, а также приводить к раку.
Способность использовать электронные устройства в разных механических напряженных состояниях предоставляет множество уникальных функциональных возможностей, которые выходят за рамки возможностей стандартной негибкой электроники, — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Small.
Команда ученых создала материал с тонкими слоями оксида цинка, которые выполняют функции ультрафиолетовых датчиков.
В интервью изданию Sydney Morning Herald исследователи рассказали, что из этого материала можно сделать пластырь или ремешок на руку с беспроводным подключением к другому устройству, например, смартфону или планшету, для оповещения пользователей об опасном уровне солнечной радиации.
Когда вы идете загорать, устройство можно надеть на запястье, когда купаться – наклеить на руку. Оно будет следить за уровнем ультрафиолетового излучения и говорить вам, когда он превышает норму, — объяснил автор исследования Филипп Гатраф (Philipp Gutruf).
Основным достижением нового материала является то, что он состоит из резины, а не силикона. За счет этого устройство получилось гораздо более гибким.
Это было непросто, поскольку резина обычно не выдерживает температуры обработки. Способность резины гнуться и растягиваться позволяет внедрять ее в одежду, рюкзаки, перчатки и тому подобные вещи.
Исследователи говорят, что устройство также способно обнаруживать токсичные газы. Так, с его помощью можно контролировать степень загрязненности городского воздуха, что очень актуально в настоящее время.
Читайте также: