센서를 사용하여 저렴한 스마트 직물을 생산하는 일반적인 방법

엘리자베스 몬탈바노 | 2023년 6월 5일

연구원들은 일상복을 만드는 데 사용되는 유사한 기계에 LED, 센서, 기타 전자 및 연결 부품이 통합된 스마트 직물을 개발하는 방법을 찾았습니다.

케임브리지 대학이 이끄는 국제 팀인 연구진은 현재 산업 직기에서 사용되는 자동화 공정을 활용하여 크기나 모양에 제한 없이 스마트 직물을 제작할 수 있는 기존 의류를 만들 수 있음을 입증했습니다. 이 작업은 스마트 섬유의 비용을 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 제조의 복잡성으로 인해 생산과 사용이 심각하게 제한되기 때문에 더 일반적으로 접근할 수 있게 만들 수 있다고 그들은 말했습니다.

이 연구는 신축성을 허용하는 재료로 코팅된 섬유로 만들어진 스마트 디스플레이를 개발하기 위해 작년에 팀이 공개한 이전 연구를 기반으로 하며, 이를 통해 기존의 직조 공정과 호환됩니다.

이 연구의 최신 성과는 에너지 저장 장치, LED 및 트랜지스터를 포함한 여러 유형의 섬유 장치를 제조한 다음 자동화된 직조 공정에서 이를 합성 또는 천연 섬유의 기존 섬유와 혼합하는 것입니다. 그런 다음 그들은 전기 전도성 접착제와 자동화된 레이저 용접 방법을 사용하여 이러한 장치를 상호 연결했다고 말했습니다.

실제로 이 방법이 개발되기 전에는 이를 제조하는 데 전문적인 마이크로전자공학 시설과 수십억 달러의 투자가 필요했다고 연구에 참여했던 케임브리지 공과대학의 이상효 씨는 지적했습니다. "또한 이러한 방식으로 스마트 직물을 제조하는 것은 매우 제한적입니다. 모든 것이 집적 회로를 만드는 데 사용되는 것과 동일한 견고한 웨이퍼에서 만들어져야 하기 때문에 우리가 얻을 수 있는 최대 크기는 직경이 약 30cm입니다."라고 그는 말했습니다.

제조의 복잡성이 스마트 직물의 사용을 제한하는 유일한 요인은 아니라고 다른 연구자는 지적했습니다. 케임브리지 공과대학 연구 공동 리더인 루이지 오치핀티(Luigi Occhipinti)는 "실용성 부족"으로 인해 판매가 어려워졌다고 말했습니다. "일반 직물이 견뎌야 하는 일종의 굽힘, 늘어남, 접힘을 생각하면 스마트 직물에 동일한 내구성을 통합하는 것이 어려운 일이었습니다."라고 그는 설명했습니다.

결과 직물이 이전에 생산된 직물보다 더 내구성이 있도록 하기 위해 연구원들은 전자 부품의 손상을 최소화하여 산업용 직기에서 작업할 때 발생하는 늘어짐을 견딜 수 있도록 공정을 최적화했습니다. 연구진은 제조 과정에서 직조와 레이저 기반 상호 연결을 각각 캡슐화할 수 있도록 공정에 사용되는 기계적 힘과 열 에너지를 조사하고 고려함으로써 이를 달성했다고 연구진은 말했습니다.

연구팀은 섬유 제조업체와 협력하여 약 50 x 50cm 크기의 스마트 섬유 테스트 견본을 생산했다고 말했습니다. 그러나 이러한 크기는 동일한 공정을 사용하여 규모를 확대하고 대량으로 생산할 수 있다고 연구진은 말했습니다.

"이 회사들은 처리량이 많은 섬유 압출기와 1제곱미터의 직물을 자동으로 직조할 수 있는 대형 직조기를 갖춘 잘 확립된 제조 라인을 보유하고 있습니다"라고 Lee는 설명했습니다. "그래서 우리가 공정에 스마트 섬유를 도입하면 결과적으로 기본적으로 다른 직물이 제조되는 것과 똑같은 방식으로 제조되는 전자 시스템이 탄생하게 됩니다."

연구자들은 Science Advances 저널에 자신의 연구에 대한 논문을 게재했습니다.

미래에는 대형 플렉서블 디스플레이와 모니터를 산업용 직기에서 제작할 수도 있어 오늘날 생산되는 특수 제조 시설에서 사용되는 공정보다 생산 비용이 훨씬 저렴해질 것이라고 연구진은 말했습니다. 그러나 이것이 표준화되고 장기적으로 실현 가능해지기 위해서는 연구자들이 프로세스를 더욱 최적화해야 하며 이를 수행할 계획이라고 그들은 말했습니다.

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