E-materiały do kształcenia zawodowego
Inteligentne włókiennicze wyroby dekoracyjne
MOD.13. Projektowanie i organizacja procesów wytwarzania włókienniczych wyrobów dekoracyjnych - technik włókienniczych wyrobów dekoracyjnych 311931
Właściwości inteligentnych materiałów włókienniczych
ATLAS INTERAKTYWNY
Tekstronika
Tekstronika jest interdyscyplinarną dziedziną nauki obejmującą inżynierię materiałową, elektronikę, włókiennictwo, informatykę, automatykę i metrologię. Wyroby tekstroniczne to tzw. materiały inteligentne mające właściwości umożliwiające reagowania na bodźce zewnętrzne (np. temperaturę, światło, wilgotność, naprężenie, pole elektromagnetyczne, substancje chemiczne) poprzez zmianę swoich właściwości (objętość, barwa, odkształcenie) w odpowiedzi na ten bodziec.
Geneza tekstroniki
Nazwa tekstronika to połączenie słów „tekstylia” i „elektronika”. W latach 80. i 90. XX wieku nastąpił rozwój w dziedzinie informatyki, m.in. w zakresie funkcjonalności przenośnych urządzeń elektronicznych, które zaczęto łączyć z elementami odzieży. Łączenie przenośnych urządzeń elektronicznych z ubraniami zapoczątkowali badacze z Massachusetts Institute of Technology (w skrócie MIT), Media Laboratory (USA) oraz Philips Laboratory of Design (NL), m.in. kanadyjski inżynier i profesor Steve Mann, który pracował nad okularami rozszerzającymi rzeczywistość wyposażonymi w przenośny komputer. W ten sposób pojawiły się takie wynalazki jak: okulary Google (2012) zawierające minikomputer czy muzyczna kurtka z wbudowanym odtwarzaczem mp3 zaprojektowana w 1996 roku przez Philips Laboratory of Design albo kurtka podróżnika wyposażona m.in. w czujniki pokazujące lokalizację, wysokość i szerokość geograficzną, temperaturę i moduł GPS. W tym samym czasie zaczęły się też rozwijać materiały inteligentne reagujące na bodźce zewnętrzne.
1
Obszary zastosowania wyrobów włókienniczych zintegrowanych z układami tekstronicznymi:
monitorowanie parametrów fizjologicznych człowieka, np. czujniki monitorujące temperaturę w stroju strażaka,
monitorowanie stanu zdrowia pacjentów, np. czujniki monitorujące rytm oddechowy pacjenta,
odzież ochronna służb ratowniczych, np. strój strażaka wyposażony w układy komunikacji bezprzewodowej,
tekstylia grzewcze, np. kurtka ratownika górskiego wyposażona w układ zapewniający komfort cieplny,
materiały antybakteryjne, np. wyroby opatrunkowe z jonami srebra,
moda, np. świecący strój muzyka estradowego,
materiały użytkowe, np. tekstylna klawiatura,
elementy wyposażenia wnętrz, np. dywan reagujący na nacisk.
1
Cechy produktu tekstronicznego:
elastyczność – łatwość modyfikacji wyrobu na poziomie konstruowania, produkcji i eksploatacji,
inteligencja parametrów tekstylnych – możliwość samoczynnej zmiany właściwości pod wpływem czynników zewnętrznych i komunikacja z otoczeniem. Materiał inteligentne reagują na czynniki zewnętrzne, temperaturę, napięcie lub światło,
multifunkcjonalność – możliwość realizacji wielu funkcji przez jeden wyrób. Multifunkcjonalność wyrobów tekstronicznych pozwala na pełnienie wielu funkcji przez jeden wyrób tekstylny. Wyroby tradycyjne pasywnie spełniały przeważnie jedną funkcję, np. ochronną. Przykładowo tradycyjny strój lekarza radiologa zapewniał mu ochronę przed promieniowaniem rentgenowskim. Wyrób tekstroniczny będzie nadal spełniał funkcję ochronną, ale nie tylko - będzie także dostarczał informacji o wysokości promieniowania i czasie, w którym można w nim przebywać,
podążanie za zmianami technologicznymi.
Spis treści
Podział inteligentnych materiałów włókienniczychPodział inteligentnych materiałów włókienniczych
Tekstronika noszonaTekstronika noszona
Materiały inteligentne zmieniające kolorMateriały inteligentne zmieniające kolor
Materiały fotochromoweMateriały fotochromowe
Materiały inteligentne emitujące światłoMateriały inteligentne emitujące światło
Materiały inteligentne emitujące światło - przykładMateriały inteligentne emitujące światło - przykład
Materiały inteligentne zmieniające kształt lub wielkośćMateriały inteligentne zmieniające kształt lub wielkość
Materiały inteligentne zmieniające temperaturęMateriały inteligentne zmieniające temperaturę
Materiały inteligentne zmieniające temperaturę - przykładMateriały inteligentne zmieniające temperaturę - przykład
Materiały inteligentne antybakteryjneMateriały inteligentne antybakteryjne
Materiały inteligentne antybakteryjne - przykładMateriały inteligentne antybakteryjne - przykład
Tekstroniczne materiały użytkoweTekstroniczne materiały użytkowe
Tekstroniczne materiały w mundurach i odzieży użytkowejTekstroniczne materiały w mundurach i odzieży użytkowej
Mapa myśli pozwala na zwijanie i rozwijanie drugiego i trzeciego poziomu informacji.
Kliknięcie w tytuł opisu zdjęcia pozwala na przeczytanie pełnego opisu.
Podział inteligentnych materiałów włókienniczych
Mapa myśli: "Podział inteligentnych materiałów włókienniczych".
Drugi i trzeci poziom informacji można zwijać i rozwijać.
Drugi i trzeci poziom informacji można zwijać i rozwijać.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY-SA 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Tekstronika noszona
- Tekstronika noszona
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia tę samą kobietę w tej samej kurtce, a dodatkowo na kurtce widoczna jest grafika przedstawiająca odtwarzacz MP3 z połączeniem ze słuchawkami.
Tekst
Wyroby tekstylne – tak zwana elektronika noszona, w której do odzieży dołączono przenośne urządzenia elektroniczne. Przykładami wyrobów są:- muzyczna kurtka z odtwarzaczem MP3 i słuchawkami,
- kurtka podróżnika z modułem GPS pozwalającym na określenie lokalizacji, pomiaru wysokości, szerokości geograficznej i temperatury.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
- Buty dla niewidomych
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia but typu sportowego. Na czubku są trzy czujniki w formie okrągłych punktów. Dwa czerwone to czujniki zbliżeniowe. Jeden żółty to mechanizm kierunkowy. Znajduje się on także z boku podeszwy po wewnętrznej stronie.
Tekst
Buty dla niewidomych: Buty są wyposażone w czujniki zbliżeniowe na ich czubku oraz urządzenie wibrujące w podeszwie. Dzięki programowaniu butów za pomocą smartfona można wykorzystać je do prowadzenia użytkownika do zaprogramowanego punktu. Noszący jest informowany o kierunku za pomocą wibracji.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne zmieniające kolor
- Materiały inteligentne zmieniające kolor
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia tę samą kobietę w koszulce. Koszulka zmieniła kolor na czarny, a wzór i napis jest w odcieniach koloru niebieskiego.
Tekst- Materiały inteligentne fotochromowe, które zmieniają kolor pod wpływem padającego światła słonecznego lub ultrafioletowego. W ciemnym miejscu materiały nie mają koloru. Zmiana koloru jest odwracalna.
- Materiały teromochromowe zmieniają kolor pod wpływem temperatury i zmiany są odwracalne.
- Tkaniny elektrochromowe zmieniają kolor pod wpływem napięcia elektrycznego.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały fotochromowe
- Materiały fotochromowe
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia tę samą parasolkę na boisku. Nasłoneczenienie jest mniejsze, a parasolka zmieniła kolor na różowy.
Tekst
Przykładem materiałów zmieniających kolor są materiały fotochromowe, które zmieniają kolor pod wpływem padającego światła słonecznego lub ultrafioletowego. Na zdjęciu przedstawiono przykład zmiany koloru parasolki w zależności od stopnia nasłonecznienia. W słoneczny dzień parasolka jest biała, w pochmurny - zyskuje ciemniejszy kolor.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne emitujące światło
- Materiały inteligentne emitujące światło
Tekst
Materiały inteligentne elektroluminescencyjne i fotoluminescencyjne należą do tkanin emitujących światło. Pierwsze z nich emitują światło, gdy przepływa przez nie prąd. Drugi rodzaj tkanin świeci dzięki ekspozycji świetlnej. Zmiana koloru występuje przy określonej temperaturze i jest odwracalna. Bazą technologii tych tkanin stanowią diody OLED i LED. Tkaniny z tymi elementami świecą podczas przenoszenia ładunku elektrycznego lub wiele godzin po zaniku źródła światła. To ostatnie zjawisko wykorzystane w tkaninach fosforescencyjnych zostało zastosowane do zasłon okiennych reagujących na zmianę natężenia światła. Zasłony w dzień akumulują energię, oddając ją wieczorem. Im ciemniej robi się w pokoju, tym jaśniej zaczyna świecić zasłona. Diody w tkaninach mogą emitować światło jednego koloru lub pełnić funkcję ekranu prezentującego treści i obrazy.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne emitujące światło - przykład
- Materiały inteligentne emitujące światło – przykład
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia tę samą kanapę z poduszką, ale w ciemnym pokoju. Poduszka świeci na intensywnie różowy kolor.
Tekst
Materiały emitujące światło mogą być zastosowane w elementach odzieży, strojach artystów estradowych, strojach modelek, narzutach, poszewkach na poduszki, obrusach, zasłonach. Materiały emitujące światło mogą być wytwarzane jako dzianiny i tkaniny metrażowe, z których w procesie konfekcjonowania szyje się dziecięce, męskie i damskie wyroby odzieżowe.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne zmieniające kształt lub wielkość
- Materiały inteligentne zmieniające kształt lub wielkość
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia te same fragmenty tkanin. Widoczne są wyraźne fałdy.
Tekst
Materiały zmieniające kształt lub wielkość. Tkaniny zmieniają kształt pod wpływem bodźców zewnętrznych, temperatury lub napięcia elektrycznego. W strukturach tkanin znajdują się zmodyfikowane stopy z pamięcią kształtu, które umożliwiają tkaninie powrót do pierwotnych kształtów po usunięciu bodźców zewnętrznych. Tego typu tkaniny znalazły zastosowanie jako zasłony słoneczne, które rozwijają się pod wpływem słońca i zwijają się kiedy spada temperatura.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne zmieniające temperaturę
- Materiały inteligentne zmieniające temperaturę
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia tego samego mężczyznę w tym samym stroju. Na ramionach, przedramionach i na wysokości przepony widoczne są czerwone punkty połączone linią. Od punktu na lewym ramieniu odchodzi linia połączona ze schematycznym rysunkiem termometru.
Tekst
Materiały inteligentne termoelektryczne zmieniające temperaturę stosowane są w odzieży chroniącej przed zimnem. Tekstylia grzewcze posiadają zdolność magazynowania i oddawania ciepła w zależności od warunków zewnętrznych. W materiałach elektroprzewodzących stosowana jest przędza stalowa lub węglowa i zasilana mocą 12 Woltów. Przykładami takich rozwiązań są: kamizelki, spodnie, rękawiczki, czapki czy bielizna dla sportowców i alpinistów.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne zmieniające temperaturę - przykład
- Materiały inteligentne zmieniające temperaturę – przykład
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia te same rękawiczki na blacie. Od jednej z rękawiczek odchodzi linia połączona ze schematycznym rysunkiem termometru.
Tekst
Przykład rękawiczek posiadających zdolność magazynowania ciepła.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
- Wkładki grzewcze do butów
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia te same wkładki, które zmieniły kolor na żółty.
Tekst
Wkładki grzewcze do butów: Wmontowane we wkładki do butów elementy grzewcze zapewniają komfort cieplny w trudnych warunkach atmosferycznych. Zastosowanie dla nich znajdą alpiniści i polarnicy.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne antybakteryjne
- Materiały inteligentne antybakteryjne
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia ten sam dywan. Jest on w intensywnych kolorach. Na podłodze, poduszcze i we wnętrzu kapci widoczny jest zielony kolor, który obrazuje zanieczyszczenie bakteriami. Od zielonej plamy na podłodze odchodzi linia, połączona z okrągłym polem, w którym jest zdjęcie bakterii pod mikroskopem.
Tekst
Materiały inteligentne antybakteryjne zawierające srebro i tlenek tytanu stosowane w wyrobach tekstylnych, medycznych, tkaninach pościelowych i dywanach. Przykładem może być lniany opatrunek medyczny z bioaktywnego materiału wspomagającego trudno gojące się rany – zawiera substancje przeciwzapalne i przeciwbólowe oraz likwidujące wolne rodniki. Materiały zapewniają: niewchłanianie zapachów, leczenie zmian skórnych, zapobiegają rozwojowi kurzu i roztoczy, zapobiegają elektryzowaniu się materiałów. Tego typu rozwiązania znalazły zastosowanie w odzieży i obuwiu sportowym i odzieży medycznej.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Materiały inteligentne antybakteryjne - przykład
- Maseczka antybakteryjna
Tekst
Materiały o właściwościach antybakteryjnych stosuje się w odzieży medycznej np. w produkcji fartuchów, masek, ochronnych obuwia. Materiały o właściwościach antybakteryjnych są też szeroko stosowane w odzieży sportowej, które ograniczają rozwój bakterii na skórze podczas uprawiania aktywności fizycznej.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Tekstroniczne materiały użytkowe
- Tekstroniczne materiały użytkowe
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia ten sam sprzęt elektroniczny. Na obrusie widoczna jest klawiatura tekstylna ze świecącymi klawiszami.
Tekst
Materiały inteligentne są wykorzystywane do produkcji tekstylnych klawiatur komputerowych, elastycznych ogniw fotowoltaicznych umieszczonych na przenośnych torbach i odzieży, obrusów rozpoznających produkty żywnościowe i podających przepisy kulinarne z tych produktów. Integrują elektronikę z tkaniną. Technologia oparta jest na umieszczeniu w splotach tkaniny specjalnie "zapakowanych" mikroskopijnych rozmiarów chipów i sensorów, tak aby w strukturze wyrobu stworzyć przewody przewodzące prąd elektryczny i sterujące urządzeniami wbudowanymi w urządzenia. W ten sposób zintegrowano wiele technologii, począwszy od mikrosterowników, łączy Bluetooth, kart pamięci, GPS-u i GSM, aż po układy radiowe.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
- Podgrzewana narzuta dla koni
Ilustracja
Grafika przedstawia tego samego konia z narzutą. Na narzucie są zaznaczone trzy żółte pola: na łopatkach, grzbiecie i zadzie.
Tekst
Podgrzewana narzuta dla konia posiada specjalny system włókien grzewczych rozmieszczony w trzech strefach: (łopatki ,grzbiet, zad). Dzięki zastosowaniu zasilania akumulatorowego, narzuta może ogrzewać konia podczas transportu, co jest istotne przy chłodnej pogodzie. Co więcej, podgrzewana narzuta zmniejsza napięcie mięśni i poprawia krążenie krwi. Wzmacnia to układ odpornościowy i zapobiega przeziębieniom. Podgrzewaną narzutę stosuje się także przed treningiem. Zmniejsza to ryzyko kontuzji związanej z napięciem mięśni, ponieważ je rozgrzewa.
- Dywan tekstroniczny
Ilustracja
Grafika przedstawia ten sam dywan. Wzór zmienił kolor na żółty.
Tekst
Dywan tekstroniczny może zawierać wiele nowoczesnych rozwiązań. Dzięki zastosowaniu materiałów antybakteryjnych uniemożliwi rozwój bakterii chorobotwórczych i ograniczy powstawanie przykrych zapachów. Inną możliwością jest użycie tkanin zmieniających kolor co pozwoli na szybką i odwracalną zmianę barw by dostosować dywan do wystroju wnętrza.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Tekstroniczne materiały w mundurach i odzieży użytkowej
- Tekstroniczne materiały w mundurach i odzieży ochronnej
Ilustracja
Zdjęcie przedstawia tych samych żołnierzy. Na ramieniu żołnierza z pierwszego planu zaznaczone jest okrągłe, czerwone pole połączone linią z ramką, w której jest informacja o pulsie.
Tekst
Tekstronika znalazła szerokie zastosowanie w mundurach wojskowych i strojach ochronnych dla służb ratunkowych. W mundurze żołnierza zostały umieszczone systemy komunikacji, systemy monitorujące parametry życiowe, warstwy zabezpieczające przed zagrożeniami, systemy grzewcze i chłodzące. Innymi przykładami zastosowania tekstronicznych materiałów są strój ochronny przed emisją pola elektromagnetycznego małych i średnich częstotliwości, a także strój strażaka, który może być wyposażony w zestaw czujników, monitorujących parametry fizjologiczne oraz parametry środowiska, w jakim prowadzona jest akcja ratownicza. Najczęściej stosowanymi sensorami są czujniki temperatury wewnętrznej oraz zewnętrznej, czujniki tętna oraz monitorujące obecność szkodliwych gazów. Strój może również posiadać systemy komunikacji takie, jak:
– monitor, moduł GPS, kamera na podczerwień, noktowizor,
– systemy monitorujące parametry życiowe: np: pulsometr,
– warstwy zewnętrzne zabezpieczające przed zagrożeniami takimi jak ostrzał, promienie lasera, substancje chemiczne
– systemy grzewcze i chłodzące umożliwiające zachowanie stałego mikroklimatu, dzięki cienkim przewodom o mocy 100 Woltów umieszczonym w wewnętrznej warstwie munduru.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.
- Inteligentna koszulka
Ilustracja
Grafika przedstawia tę samą koszulkę. Wzór zmienił kolor na pomarańczowy. Obok koszulki jest smartfon, na ekranie którego widoczne są parametry funkcji życiowych.
Tekst
Ta koszulka tekstroniczna opracowana w Wojskowej Akademii Technicznej monitoruje pracę serca, aktywność mięśni, temperaturę oraz potliwość. Uzupełnieniem ubioru jest aplikacja zapisująca przebieg treningu. Dodatkową funkcjonalnością jest porównywanie wyników online z innymi sportowcami.
- Kurtka z diodami LED
Ilustracja
Grafika przedstawia tę samą bluzę. Punkty są kolorowe.
Tekst
Wbudowane diody LED pozwalają na wyświetlanie zaprogramowanych wizualizacji lub dostosowanie się do rytmu muzyki. Dzięki zastosowanej tekstronice można wyróżnić się w tłumie.
- Skarpety dla biegaczy
Ilustracja
Grafika przedstawia te same skarpety. Część przy palcach, piętach i gumkach zmieniła kolor na pomarańczowy.
Tekst
Skarpety przeznaczone dla biegaczy rejestrują czas, dystans, puls i rytm biegu. Wykorzystanie czujniki tekstylne zapisują również poziom nasycenia krwi tlenem i ciśnienie w stopie podczas biegu. Dane są zapisywane w ściągaczu skarpet. Dostęp do nich można uzyskać w dedykowanej aplikacji dostępnej na telefonie.
- Ubrania monitorujące stan dziecka
Ilustracja
Grafika przedstawia te samo ubranko z zaznaczonymi na żółto czujnikami parametrów życiowych. Obok widoczny jest smartfon, na którego ekranie jest wykres oraz informacja o temperaturze dziecka: trzydzieści sześć i sześć dziesiątych stopnia Celsjusza.
Tekst
Dzięki zamontowanym czujnikom rodzic może otrzymać informacje o temperaturze i rytmie oddechowym dziecka bezpośrednio na telefon w czasie rzeczywistym.
- Inteligentny strój strażacki
Ilustracja
Grafika przedstawia tego samego strażaka. Wokół niego znajdują się wskaźniki monitorujące czynności życiowe oraz stężenia szkodliwych substancji.
Tekst
W mundurze strażaka wbudowano czujniki monitorujące stan fizyczny strażaka oraz otoczenie w którym przebywa. Strażak, poza informacjami o jego stanie, otrzymuje dane dotyczące otaczającej go temperatury oraz czy występują szkodliwe gazy oraz ich stężenie. Pozwala to mu na skuteczniejsze przeprowadzanie akcji ratunkowej.
- Koszulka z pulsometrem
Ilustracja
Grafika przedstawia tego samego rowerzystę. Obok niego pojawia sie grafika z czarną koszulką i żółtym zegarkiem. Na koszulce narysowane jest żółte serce. W dolnej części ramka z informacją o pulsie i o czasie jazdy.
Tekst
Koszulka wyposażona w czujnik może rejestrować pracę serca i czas treningu. Dzięki wyświetlaczowi w zegarku, który łączy się bezprzewodowo z czujnikiem, osoba trenująca może kontrolować swój puls w dowolnym momencie.