El hilo electrónico podría eliminar la necesidad de pilas
Por Abigail Turner
Investigadores de la Universidad ETH de Zúrich (Suiza) han presentado la patente de un hilo electrónico capaz de medir cómo se mueve el cuerpo de una persona, sin necesidad de pilas ni chips.
Dirigido por el profesor Carlo Menon, jefe del Laboratorio de Tecnología Biomédica y Salud Móvil (BMHT Lab) de la universidad, el equipo creó un sensor hecho de hilo que se expande al tirar de él para generar una señal eléctrica. El asistente científico del laboratorio BMHT, Brett Hannigan, declaró: “En los trabajos anteriores de nuestro grupo hemos observado que las conexiones entre textiles y componentes electrónicos rígidos suelen ser el punto de fallo. Las soluciones para aumentar la robustez de las conexiones están poco exploradas en la literatura académica.”
Añadió que el interés por la monitorización del movimiento es cada vez mayor, sobre todo en los sectores del deporte, la rehabilitación, la salud laboral y el ocio.
Retos de los textiles inteligentes convencionales
Las conexiones aumentan la complejidad de la fabricación porque requieren “técnicas o materiales especiales” que no pueden conseguirse con los métodos convencionales de producción textil en serie. Esto, unido al deseo de la industria de contar con “cada vez más” elementos sensores, llevó al equipo a investigar si los avances en el procesamiento de señales podrían reducir la necesidad de conexiones y aumentar la densidad de detección al permitir realizar múltiples mediciones a partir de una sola fibra.
El equipo estudió la detección distribuida como solución a estos problemas a medida que la tecnología de los dispositivos portátiles gana impulso, lo que, en teoría, permitiría realizar múltiples mediciones a partir de un único elemento sensor.
afirma Hannigan: “Actualmente, los sistemas ópticos de captura del movimiento y las unidades de medición inercial (IMU) son populares para el seguimiento de la postura corporal. Los primeros son muy precisos, pero caros y limitan el registro a un laboratorio de marcha. Las segundas pueden utilizarse sobre el terreno, pero suelen requerir la colocación de sensores individuales en cada segmento, lo que no favorece su uso cotidiano.”
Explicó cómo los “sensores elásticos blandos” pueden coserse o tejerse en los tejidos y controlar cómodamente el movimiento de forma comparativamente imperceptible.
“Aunque existen retos derivados de la deformación, estamos entusiasmados con esta tecnología para resolver problemas que no pueden abordarse fácilmente con los sistemas existentes”, prosigue Hannigan. “Los sistemas de monitorización del movimiento basados en sensores de deformación blandos podrían utilizarse para hacer un seguimiento biomecánico en tiempo real durante la práctica deportiva, controlar el progreso de la rehabilitación en casa o realizar un estudio de ergonomía en el lugar de trabajo.”
Hilo electrónico de la ETH de Zúrich
Para probar el nuevo sensor, el equipo de investigadores lo integró en un par de perneras deportivas. Al ver su smartphone, los probadores pudieron ver cuándo estaban llegando a su límite y si debían tomarse un descanso. Esto es posible gracias a la estructura del hilo: la fibra interior está hecha de una goma elástica conductora. El equipo enrolló un alambre rígido, recubierto de una fina capa de plástico, en espiral alrededor de esta fibra interior. Juntos actúan como electrodos y crean un campo eléctrico que forma un condensador capaz de mantener una carga eléctrica.
“La capacitancia entre estos dos componentes es proporcional a la deformación con una sensibilidad inesperadamente alta”, explica Hannigan. “El espaciado entre envolturas determina la sensibilidad, lo que permite que una fibra larga tenga secciones con sensibilidad alta, baja o incluso nula a la deformación”.
Los investigadores colocaron regiones de alta sensibilidad cerca de las juntas y regiones de sensibilidad casi nula en otras partes. Comprobaron que los sensores tenían un comportamiento eléctrico diferente según el punto del sensor en el que se produjera la deformación.
Al coser el hilo a las perneras, que se estiran y aflojan cuando el usuario se mueve, pudieron registrar cómo cada movimiento altera la separación entre las dos fibras y, por tanto, el campo eléctrico y la carga del condensador. A continuación, el equipo tomó estos datos y analizó el patrón, creando a su vez un modelo capaz de predecir el agotamiento de los corredores, que puede utilizarse del sensor textil.
Desafíos
Hannigan señaló que entre las pruebas que se están realizando con las fibras sensoras está la de la durabilidad, que hasta ahora ha tenido “resultados alentadores”.
Y añadió: “Hemos estudiado las propiedades mecánicas y eléctricas durante las pruebas cíclicas, su estabilidad a distintas temperaturas y el efecto de la flexión en la respuesta a la deformación del sensor. El diseño de estos sensores tiene una robustez inherente al estiramiento excesivo: la envoltura se endereza y evita la rotura gracias a su gran resistencia.”
Sin embargo, el lavado sigue siendo un reto, añadió, debido al revestimiento de la fibra, que se vuelve menos conductor con cada ciclo de lavado.
Además, la sostenibilidad sigue siendo un “enorme reto” para la industria textil y especialmente en el caso de los e-textiles. Los propios sensores de fibra están hechos de fibra elástica tratada con un revestimiento conductor biodegradable y biocompatible mediante un proceso en fase vapor de bajo contenido en residuos.
“El siguiente paso sería fabricar estas fibras a partir de un único material, lo que permitiría reciclar más fácilmente una prenda de e-textil. Aún queda mucho trabajo por delante para mejorar la sostenibilidad”, explicó Hannigan.
De cara al futuro, los investigadores confían en que su desarrollo de la detección distribuida sea prometedor para las prendas textiles electrónicas tejidas con fibras funcionalizadas. La tecnología elimina la necesidad de sensores y conexiones, aislando la electrónica rígida en un único “centro” con una sola conexión.
Hannigan afirma que esperan que aumente “enormemente” la escalabilidad con respecto a los diseños ad hoc.
Y añade: “Esperamos que nuestra tecnología contribuya a orientar la industria hacia “prendas inteligentes” diseñadas desde la base con materiales funcionales a nivel de fibra o tejido. Estamos entusiasmados con la evolución exponencial de la tecnología ponible y las promesas que encierra para el futuro próximo.”
