Умные ткани с помощью наноматериалов или тончайших электропроводящих нитей позволяют превратить одежду в полноценное электронное устройство. Применений у таких решений множество — от меняющих форму и цвет безумных творений модной индустрии и красочных перформансов на спортивных состязаниях, до самосогревающейся и самоохлаждающейся одежды для работы в экстремальных условиях. Но, пожалуй, самое главное — огромные перспективы таких решений в медицинской сфере. Рассказываем о последних достижениях этой инновационной отрасли.
Как устроены умные ткани
Умные ткани — довольно разнообразная индустрия с множеством технологий и сценариев использования. По функционалу их обычно делят на пассивные, активные и интерактивные.
Пассивные умные ткани собирают информацию об окружающей среде, но не имеют активной электроники. Они включают в себя материалы с встроенными датчиками, которые могут менять цвет или текстуру под воздействием температуры, света или других факторов.
Активные умные ткани оснащены встроенными сенсорами и исполнительными механизмами, которые позволяют ткани не только собирать данные, но и активно на них реагировать. Такие ткани могут, например, изменять проницаемость для воды, регулировать температуру, нагреваться или охлаждаться.
Интерактивные умные ткани могут не только реагировать на температурные скачки, но и анализировать собранные данные, а также взаимодействовать с другими устройствами. Они могут измерять биометрию (например, пульс, температуру тела, дыхание), движения — через анализ деформации ткани, и передавать информацию на смартфон или медицинские устройства.
Терморегулирующие ткани
Сегодня существует множество инновационных терморегулирующих материалов, которые согревают, когда холодно, и охлаждают, когда жарко. Но в основном лишь немногие из них относятся к индустрии умных тканей.
Один из лидеров этого рынка — калифорнийский стартап TechNiche, который продает по всему миру рабочую и спортивную одежду с функцией самоохлаждения. Бестселлеры этой фирмы — жилеты и кепки, которые используют рабочие и спортсмены в жаркую погоду.
Компания разработала и запатентовала технологию HyperKewl, которая позволяет ткани охлаждать носителя с помощью испарения. Жилет надо намочить — он впитает воду, но если его чуть отжать, останется сухим. Затем умная ткань будет понемногу испарять эту воду, обеспечивая охлаждение тела на 5-6 градусов в течение 5-10 часов.
Другая технология компании — Coolpax — даже более эффективна и позволяет поддерживать температуру жилета около 14 градусов на протяжении двух-трех часов. Но технически она не относится к умным тканям — в жилете используются ячейки со специальной жидкостью, которая легче воды, нагревается он медленнее, но при этом не дает обморозиться. Перед использованием эти ячейки нужно заморозить или подержать в ледяной воде.
В октябре 2024 года исследователи из Калифорнийского университета Ирвайна представили метод производства умной ткани, которая способна самостоятельно регулировать температуру тела носителя.
Эта ткань — композитный полимер, который считывает инфракрасное излучение человеческого тела. Когда носитель перегревается, материал становится более проницаемым, позволяя воздуху свободнее циркулировать — и наоборот.
Технология основана на коже кальмара — она состоит из множества слоев, которые сокращаются и сжимаются, пропуская или накапливая тепло в зависимости от условий внешней среды.
Ткань как дисплей
Нанотехнологии и микроэлектроника позволяют превращать ткани в экраны. В 2023 году Adobe на своей ежегодной презентации представил Project Primrose — интерактивное платье из металлизированных чешуек умной ткани, которые способны моментально менять окрас.
Впрочем, проект Adobe — скорее баловство. Другие компании пытаются использовать похожие решения для более важных задач.
Швейцарский стартап Dynavisual разработал и запатентовал собственную технологию ткани-дисплея. Изображение на нее выводится через интернет вещей. В компании предлагают использовать эту ткань, чтобы, к примеру, транслировать оперативную информацию на костюмах спасателей или пожарных. Так любой сможет увидеть температуру, команды, инструкции или данные с датчиков, просто бросив взгляд на своего коллегу.
Впрочем, пока компания использует свое решение для примерно такого же баловства, что и платье Adobe — в перформансах на спортивных мероприятиях. Болельщикам раздают кепки из умной ткани, которые превращаются в большой экран для светового шоу.
Ткани, которые преобразуют энергию человеческого тела в электричество
Пожалуй, один из ключевых трендов в области умных тканей последних лет — материалы, которые вырабатывают электричество из излишков энергии человеческого тела. Это термоэлектрические ткани — они преобразуют в электрический потенциал разницу температур между телом и окружающим воздухом. Много энергии так не получить — но зарядить гаджет, или обеспечить питание датчикам самой умной ткани вполне хватит.
В ноябре 2024 года шведские исследователи протестировали текстиль, прошитый шелковыми нитями с покрытием из проводящих органических полимеров. На человеческом теле эту ткань еще не тестировали. Но поместив ее кусочек между двумя поверхностями с температурной разницей в 30 градусов, ученым удалось добыть около 6 милливольт. Также исследователи показали, что проводящие свойства ткани сохраняются не менее года, и ее можно стирать.
До массового внедрения технологии очень далеко — даже экспериментальный фрагмент ткани исследователи расшивали вручную в течение четырех дней.
А за пару месяцев до этого канадские и китайские ученые презентовали умную ткань, которая не только производит электричество, но еще и мониторит некоторые аспекты состояния здоровья. Она основана на наноматериале Mxene, который присоединяется к нейлону с помощью адгезивного полидопамина. Термоэлектрическая функция нужна ей прежде всего чтобы питать саму себя и подключенные датчики. Производство электричества от разниц температур дополняет возможность вырабатывать его из солнечного света.
Ткань реагирует на температуру и деформацию. К примеру, это можно использовать в медицинских масках для мониторинга частоты дыхания или отслеживания движений.
Ткани для медицины и веллнес
На сегодняшний день это самое развитое и коммерчески успешное направление индустрии умных тканей. Предметы гардероба в нем превращаются в инструменты для мониторинга за состоянием здоровья, помогают реабилитировать пациентов и менять спортивные привычки.
Канадский стартап Myant Health уже несколько лет продает целую линейку предметов гардероба для мониторинга здоровья, которые работают как фитнес-браслеты — она называется Skiin.
Это бюстгальтеры и бандажи, которые следят за частотой сердечных сокращений, позой, температурой тела, количеством шагов и качеством сна человека. А в будущем научится отслеживать вариативность сердечного ритма, уровень стресса и частоту дыхания.
Вшитые в ткань датчики собирают информацию о жизнедеятельности и передают на Skiin Pod — небольшое электронное устройство, которое отправляет сведения в мобильное приложение. Бюстгальтер с датчиком обойдется в $250.
Раньше компания экспериментировала с другими форм-факторами — так, еще в 2019 году она представила умную рубашку, но, по-видимому, отказалась от нее и остановилась на белье.
Устройства предназначены прежде всего для пожилых людей, и позволяют в режиме реального времени мониторить их состояние. Компания ставит именно на кардиологический функционал — умная ткань позволяет мониторить сердечные ритмы с точностью аппаратов ЭКГ, гораздо точнее, чем обычные фитнес-трекеры, и очень рано улавливать любые тревожные признаки.
Skiin на рынке уже довольно давно, а ученые работают над куда более смелыми разработками. В этом январе в канадском Университете Британской Колумбии начали тестировать умную перчатку для людей, перенесших инсульт. Эта перчатка прошита сенсорными нитями, которые улавливают даже самые незначительные движения рук и пальцев, а также их силу.
С помощью этой перчатки врачи хотят проводить реабилитацию — учить пациентов заново двигать руками. Прежде они использовали дорогостоящие камеры захвата движений. Разработчики перчатки утверждают, что она будет проще, точнее и гораздо дешевле в использовании, чем многие нынешние громоздкие датчики.
Создатели перчатки по совместительству основатели стартапа Texavie. В нем исследователи предлагают гораздо больше сценариев использования такой перчатки — игры и метавселенные, анимация.
Еще одно направление — умные ткани для wellness. Так, стартап Sensoria разработал линейку спортивных футболок, топов и носок из умных тканей, которые мониторят состояние тела во время тренировок и помогают строго придерживаться плана занятий и корректировать технику выполнения упражнений.
Так, умный носок отслеживает частоту шагов, технику приземления стопы и оценку воздействия, генерируемую во время ходьбы и бега. Потом приложение с ИИ анализирует стиль бега на предмет склонности к травмам и переучивает атлета с помощью звуковых подсказок. А топ или футболка измеряют сердечный ритм, вместе с носком образуя «беговую систему».
Умные ткани пытаются разрабатывать и в России. В 2023 году в Балтийском федеральном университете открыли лабораторию SmartTextiles. В июле 2024 года она представила свою первую разработку — умный текстиль для имплантов, который должен стимулировать регенерацию костных клеток. Также в лаборатории работают над самонагревающимися и удерживающими температуру тканями — ее руководительница Ольга Москалюк рассказала, что одежда из таких материалов уже была испытана сотрудниками МЧС.
Как видите, нас ждет очень умное текстильное будущее.
Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале