Многие компании работают над созданием «умного» текстиля, способного генерировать энергию, однако зачастую подобные технологии слишком сложны для их масштабирования в целях коммерциализации. Команда учёных из Университета штата Северная Каролина разработала простой способ решения этой проблемы при помощи нанесения генераторов энергии на готовую одежду: медная вышивка делает любую ткань достаточно «умной» для произведения энергии.
Под руководством профессора Ронга Иня команда исследователей из Университета штата Северная Каролина разработала специальную нить, вышивка из которой позволяет генерировать электричество. Она представляет собой стандартную медную проволоку в полиуретановом покрытии. Её можно наносить на любой материал, однако в своих экспериментах учёные использовали хлопчатобумажную ткань. Вышивка отделена от базового материала слоем политетрафторэтилена – полимера, известного под торговой маркой тефлон. И наконец, для дополнительной защиты вышивки-генератора сверху наносится слой обычной хлопковой нити.
Между медной нитью и тефлоном присутствует небольшой зазор. Когда обладатель предмета одежды с вышивкой двигается, медь и тефлон касаются друг друга. При этом между ними происходит обмен электронами, формирующий электрический ток. Этот феномен называется трибоэлектрическим эффектом. Именно он объясняет возникновение статического заряда, например, при расчёсывании волос. Устройства, которые используют трибоэлектрический эффект для производства измеримого объёма электричества, называют трибоэлектрическими генераторами.
В рамках лабораторных испытаний вышивка располагалась не на предметах одежды, но на фрагментах джинсовой ткани, которую учёные носили в районе локтя, под рукой и по обе стороны коленки. Во всех случаях устройство производило электрические сигналы, которые можно было использовать для отслеживания расположения частей тела в пространстве. Кроме того, при размещении вышитой ткани в обуви, она функционировала как шагомер. Более того, девайс генерировал разные сигналы, соответствующие ходьбе, бегу или прыжкам. Медная вышивка также может выступать в качестве цифровой клавиатуры. Исследователи вышили на ткани цифры: при нажатии на каждую из них возникал надлежащий сигнал, считиваемый системой сбора данных.
Учёные отметили, что медную вышивку/трибоэлектрический генератор достаточно просто и недорого нанести на ткань. К тому же устройство сохраняет полный спектр функций даже после многочисленных циклов стирки. По словам профессора Иня, перспективность техники, разработанной его командой, заключается в том, что даже готовые предметы одежды можно превратить в «умные» носимые устройства, интегрировав в них медную нить.