Термін «розумний текстиль» є більш широким, менш зрозумілим поняттям. Інтелектуальний текстиль вперше був запропонований в Японії в 1979 році, і його концепція була загальновизнаною наприкінці 1990-х років. В даний час розумний текстиль зазвичай відноситься до нового типу текстилю, який здатний сприймати зміни в організмі людини або навколишніх сигналів за допомогою мультидисциплінарних технологій, таких як текстиль, електроніка, інформація, біологія, медицина та нова енергія, і активно реагувати через механізми зворотного зв’язку, зберігаючи притаманний стиль і технічні характеристики традиційного текстилю.

Існує багато методів класифікації інтелектуального текстилю, але єдиного методу класифікації не існує, лише поверхнева класифікація. Загалом за способом реакції на зовнішні подразники розумний текстиль можна умовно розділити на «пасивний» розумний текстиль і «активний» розумний текстиль. Перше відноситься до текстильних виробів, які можуть змінювати свої властивості після впливу навколишнього середовища, наприклад, матеріалів із пам’яттю форми, гідрофобних або гідрофільних текстильних виробів тощо. Друге відноситься до текстильних виробів, обладнаних датчиками та приводами, які перетворюють внутрішні параметри в інформацію. Він здатний сприймати різні сигнали навколишнього середовища, такі як температура, інтенсивність світла та забруднення, щоб вирішити, як реагувати на зовнішні сигнали, і, зрештою, реагувати на сигнали навколишнього середовища за допомогою різноманітних гнучких мініатюрних приводів на тканинній основі. Вбудовані електронні пристрої (електронний текстиль) і інтелектуальні текстильні структури можуть приймати локальні «рішення» та бездротово з’єднувати розумний текстиль із хмарами, що містять бази даних і сервери, використовуючи програмне забезпечення штучного інтелекту для прийняття віддалених «рішень».

Розумний текстиль відіграє ключову роль у нашому повсякденному житті, охоплюючи такі сфери, як моніторинг здоров’я, особистий захист, військове використання, енергетика транспорту, розваги та музика

Інтелектуальні матеріали

Конотація та визначення

В останні роки з розвитком інформації, матеріалів та інженерних технологій вчені та інженери надихаються вивчати та думати про природу та біологічну еволюцію. Подібно до того, як живі організми складаються з різних біологічних матеріалів, інтелектуальні системи складаються з органічних комбінацій або інтеграцій матеріалів. Наукова практика показала, що небіологічним матеріалам можна прищепити «розумні» властивості. Усі види інформації (наприклад, сила, звук, тепло, світло, електрика, магнітна та хімічна інформація) можуть обмінюватися та передаватись за допомогою різних матеріалів із сенсорними властивостями.

Деякі розумні матеріали, такі як магнітострикційні матеріали, п’єзоелектричні матеріали та матеріали з пам’яттю форми, мають як сенсорні, так і виконавчі функції. Ці матеріали широко відомі як розумні матеріали, які можуть адаптуватися до змін навколишнього середовища. Але сам матеріал не має механізму обробки інформації та зворотного зв'язку, не має адаптованості до середовища. Зазвичай вважається, що розумні матеріали є «нижчим рівнем» інтелектуальних матеріалів і «первинним етапом» розробки інтелектуальних матеріалів. Розумні матеріали можна назвати розумними лише тоді, коли вони поєднуються з функціями управління.

Складові матеріали для створення розумних матеріалів

Складові матеріали розумних матеріалів можна розділити на сенсорні матеріали, інформаційні матеріали, виконавчі матеріали, адаптивні матеріали (біонічні матеріали) і два допоміжні матеріали — енергетичні матеріали (використовуються для підтримки потужності, необхідної для роботи системи) і конструкційні матеріали ( основні матеріали або компоненти, які підтримують функціональні матеріали). Кілька загальних базових компонентів - це матеріали з пам'яттю форми, оптичні волокна, магнітострикційні матеріали, електрореологічні рідини, магнітореологічні рідини, п'єзоелектричні матеріали та інтелектуальні полімерні матеріали.

Загалом, привод можна запустити лише після того, як на нього буде введено зусилля. В даний час матеріал реалізації не обмежується вихідною силою або зміщенням при різному інформаційному збудженні, його вихідну функцію було розширено до зберігання цифрового дисплея, зміни кольору, зміни частоти, увімкнення та вимкнення тощо. Такі матеріали знайшли широке застосування в електронна техніка.

Загальні основні компоненти розумних матеріалів

1. Матеріали для пам’яті форми

Матеріали з пам’яттю форми включають сплав із пам’яттю форми, кераміку з пам’яттю форми та полімер із пам’яттю форми (включаючи волокно з пам’яттю форми та полімерний гель із пам’яттю форми). Вони зазнають термопружного (або спричиненого напругою) мартенситного перетворення або склування при певній температурі, можуть запам’ятати певну форму, модуль пружності, опір, внутрішнє тертя та інші значні зміни. Наприклад, NiTi-волокно з пам’яттю форми можна використовувати в різних сценаріях.

Інтелектуальна завіса: наприклад, вибір шторної тканини з нікель-титанового волокна, коли температура досягає 50 ℃, тканина автоматично реагує на закриття сонця.

Модний дизайн: наприклад, інтеграція нікель-титанового волокна в дизайн одягу для досягнення інноваційних естетичних ефектів і комфорту. Коли на вулиці висока температура, поділ з одного боку спідниці автоматично загорнеться, а квіти автоматично закриються за лічені секунди.

Захист безпеки: якщо модуль повітряної кишені додається до захисного одягу через структурну конструкцію, площа повітряної кишені не зміниться при низькій температурі; З підвищенням температури площа повітряної кишені розширюється. Такі костюми можуть бути використані для захисту пожежників і зниження ризику отримати опіки під час пожежі.

Поглинання вологи: Mitsubishi розробила Diaplex®, новий поліуретановий матеріал із функцією пам’яті форми. Ця плівка ламінована пальтовою тканиною, яка має високу водостійкість і мікрокоричневий рух молекул при зміні температури, поглинання вологи.

2. Оптичне волокно

Оптичне волокно - це фотопровідний елемент, створений за принципом повного відбиття світла на двох діелектричних поверхнях. Завдяки аналізу характеристик пропускання світла (інтенсивність світла, однакова), доступна навколо волокна сила, температура, переміщення, тиск, щільність, магнітне поле, склад і зміна параметрів, таких як рентгенівське випромінювання, і, таким чином, широко використовується як чутливий елемент, або «нейрони» в інтелектуальних матеріалах, чутливі, сильна здатність запобігати перешкодам і низьке споживання енергії.

Оптоволоконні сенсорні системи були широко розроблені для біомедичної діагностики, харчових технологій, військового та промислового застосування та цивільного будівництва. Наприклад, інтелектуальні волоконно-оптичні датчики, інтегровані в геотекстиль, можуть контролювати дорожні мости та надсилати дані до служб технічного обслуговування, щоб своєчасно виявити погіршення та передчасний вихід з ладу цивільної інфраструктури.

Автор зображення: Массачусетський університет, Лоуелл

3. П'єзоелектричні матеріали

До п'єзоелектричних матеріалів належать п'єзокераміка (BaTiO3, Pb (ZrTi) O3, K (Na) NbO3, PbNb2O3 та ін.) і п'єзоелектричні полімери. П’єзоелектричні матеріали змінюють розмір матеріалу через власний струм розташування електричних диполів в електричному полі та створюють напругу або деформацію у відповідь на прикладену напругу. Зв’язок між електричними та механічними властивостями є лінійним, і він має характеристики швидкого відгуку, високої частоти та малої деформації. При стимуляції тиском матеріал генерує електричний сигнал, який можна використовувати як датчик. П'єзоелектричні матеріали можуть бути кристалічними та керамічними, але обидва вони крихкі.

Механічна міцність і чутливість до змін напруги полімерних п'єзоелектричних матеріалів перевершують багато інших датчиків і дуже підходять для використання в якості датчиків і приводів в інтелектуальних структурах і пристроях. Можна використовувати для виявлення папіломи людини, коров’ячої віспи, лихоманки денге, лихоманки Ебола, грипу А, імунодефіциту людини та вірусу гепатиту В.

(a) Принципи роботи п’єзоелектричних біосенсорів; (b) співвідношення напруги та часу під час виявлення; (c) Зв’язок між амплітудою та частотою під час виявлення.

Основні поняття виявлення вірусів за допомогою п’єзоелектричних матеріалів