NUS-Ingenieure weben ein Touchscreen-Display direkt in Stoffgewebe ein
Ein Forschungsteam bettete Tausende mikroelektronische Chips in flexible Polymerfäden ein und schuf so einen interaktiven Ärmel.
Von Letizia Giugliano
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Ingenieure der National University of Singapore haben Kleidungsfasern in ein interaktives Display verwandelt. Unter der Leitung von Assistenzprofessor Tural Khudiyev integrierte das Team 54 elektronische Fäden in einen Hemdsärmel und erzeugte damit einen berührungsempfindlichen Bildschirm, der Videos abspielt, Fingerdrücke registriert und die Körpertemperatur misst.
Wie Mikroelektronik in einen einzigen Faden passt
Das Team der National University of Singapore baute das Display aus flexiblen Kunststofffäden mit 1 Millimeter Dicke und bis zu 10 Metern Länge. Die in der Fachzeitschrift Nature beschriebene Erfindung steht für eine spannende Innovation, die Kleidung in eine aktive elektronische Schnittstelle verwandelt, ohne auf starre externe Bildschirme angewiesen zu sein, wie New Atlas berichtet.
Für jeden Faden richteten die Forscher Tausende winziger roter, grüner und blauer LED-Chips in einer einzigen Reihe entlang dünner, isolierter Kupferdrähte aus. Ein programmierbarer Laser entfernte die Isolierung an bestimmten Stellen, an denen die Verkabelung auf die Chips traf. Anschließend lötzte das Team die Komponenten zusammen und verband mehr als 5.000 elektronische Chips über mehr als 20.000 elektrische Verbindungen.
Thermisches Ziehen macht Schaltkreise zu flexibler Faser
Nach dem Zusammenbau der Schaltkreise nutzten die Forscher das thermische Ziehen, um die endgültige Faser zu formen. Bei diesem Verfahren wird eine größere Polymerstruktur erhitzt, bis sie weich wird, und dann zu einem dünnen Strang gezogen, während der miteinander verbundene LED-Streifen kontinuierlich in die Mitte eingeführt wird, wie New Atlas im Detail beschreibt.
Dieser Schritt versiegelte die Elektronik in einem transparenten, schützenden Polymermantel. Die Ingenieure fügten zudem leitfähige Schichten direkt unter den LEDs hinzu, um den Berührungsdruck zu erfassen. Drückt ein Nutzer auf die Faser, erkennt das System den Kontakt und beleuchtet sofort das nächstgelegene Pixel.
Ein funktionierendes Display über einen Hemdsärmel hinweg
Für ihren funktionierenden Prototyp woben die Ingenieure 54 der digitalen Pixelfasern über den Unterarm eines Hemdsärmels. Jeder Strang enthält 96 einzeln ansteuerbare LEDs und bildet ein Display mit 96 mal 54 Pixeln mit einer aktiven Fläche von 168 mal 105 Millimetern, wie New Atlas berichtete.
Der Bildschirm läuft mit einer Bildwiederholrate von 30 Bildern pro Sekunde bei 8-Bit-Farbtiefe. Zwar ist die Auflösung im Vergleich zu einem Smartphone grob, doch der Stoff zeigt klare Animationen, einfache Bedienmenüs und numerische Anzeigen. Jede LED erhält Steuerdaten über die Kupferverkabelung und gibt verbleibende Signale entlang der Leitung weiter, was koordinierte Grafiken über den gesamten Unterarm ermöglicht.
Integrierte Sensoren erweitern die Funktionen der Kleidung
Die Forschungsgruppe, zu der die Doktoranden Heng Fu und Ziang Li sowie die wissenschaftliche Mitarbeiterin Swetika Chaturvedi und der leitende Erfinder Tural Khudiyev gehörten, baute mit derselben Methode auch Hilfsfasern. Diese spezialisierten Fäden beherbergen Mikrofone, Lautsprecher, Bewegungssensoren und ein Magnetometer zur Kompassausrichtung, wie New Atlas berichtete.
Mit diesen Modulen verbunden kann der Ärmel einfache Taschenrechnerfunktionen ausführen, Fotogalerien anzeigen, auf gesprochene Eingaben reagieren und Bilder über Bluetooth empfangen. Er kann außerdem die Hauttemperatur messen und den Wert direkt am Unterarm anzeigen, was auf künftige Anwendungen in der Gesundheitsüberwachung, der Robotik und bei interaktiven Arbeitsuniformen hindeutet.
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