Электронная ткань

Не так давно мы вошли в тот период развития технологий, когда электронные компоненты настолько миниатюризировались, что создание крохотных гаджетов перестало быть проблемой для инженеров. Проблемой стали сами люди, потому что управлять, да и просто удерживать в руке устройство меньше, чем среднестатистический сотовый телефон неудобно чисто анатомически. И всё же, вектор на увеличение компактности электронных устройств обещает нам открытие новых горизонтов. А развитие нанотехнологий стало, фактически, краеугольным камнем, на котором будут основаны все прорывные изобретения и технологии: создание новых, «анатомических» интерфейсов для взаимодействия человека с электронными устройствами, снижение энергопотребления и веса, внедрение электроники в традиционные «аналоговые» сферы. Например, гибкие экраны и «электронная ткань». В последние годы периодически появляются новости от разных компаний, рапортующих о создании прототипов гибких экранов. Судя по всему, мы достаточно близки к появлению первых коммерческих образцов по-настоящему носимой электроники. Однако сам принцип носимости подразумевает интеграцию цифровых технологий прямо в одежду. И идея создания «умной» одежды не то что бы давно витает в воздухе, а работы по ней тоже ведутся в различных странах. Однако практическая реализация этой идеи упирается в целый ряд пока непреодолённых технологических задач, из которых одной из важнейших является обеспечение компактности и высокой ёмкости источника энергии. Одним из решений может стать создание ткани, которая самостоятельно генерирует и хранит запас электричества.

Успехи науки

Недавно представители Китайской Академии Наук (кто бы мог подумать) и Вуханьской Национальной Лаборатории Оптоэлектроники (Wuhan National Laboratory for Optoelectronics) сообщили о том, что им удалось вырастить образец ткани из наночастиц диоксида свинца на подложке из углерода путём компоновки пустотелых нанотрубок диоксида свинца в переплетённую структуру. Материал нанотрубок обладает свойствами широкополосного полупроводника с высокой квантовой эффективностью в ультрафиолетовом диапазоне. Это делает его хорошим материалом как для электродов в элементах питания, так и для улавливания света. Команда китайских учёных объединила в одном устройстве «сотканные» из диоксида кремния ультрафиолетовый фотодетектор и литий-ионную батарею. Их целью было создать не требующий внешнего источника питания гибкий фотодетектор, которому можно придать любую форму. Получившееся устройство по своей производительности сравнимо с «традиционными» и, что гораздо важнее, не теряет своей эффективности даже в свёрнутом виде.

По словам создателей, изначально это было вызовом: изготовить подобною ткань большой площади с сохранением именно тканной структуры. И теперь они считают, что задача создания правильно организованной структуры из выращенного плотного слоя нанотрубок на углеродной подложке может быть надёжно решена. Исследователи выразили радость от того, что получившееся устройство «является очень простой системой, обладающей преимуществами регулируемого размера и портативности». Представитель Университета Тунцзи (Tonji University), занимающийся исследованиями материалов для электронной и химической промышленностей, отметил низкую стоимость изготовления этого прототипа гибкого электронного устройства, обладающего «уникальным потенциалом при создании гибких, эластичных и носимых электронных систем». Однако учёный отметил, что основной проблемой в разработке подобны устройств является обеспечение достаточной механической прочности и износоустойчивости.

Зачем это нужно?

Как видим, китайцы поставили перед собой задачу фактически превратить одежду в солнечную батарею. Причём в батарею, направленную сразу во все стороны, условно не имеющую веса (мы ведь всё равно носим одежду), гораздо менее хрупкую по сравнению с традиционными кремниевыми батареями, да ещё и аккумулирующую в себе электричество. Без сомнения, подобная одежда будет полезна всем и каждому. Интеграция мобильного компьютера с GSM-модулем в куртку из электрогенерирующей ткани позволит, при должном освещении, вообще забыть о такой вещи, как зарядное устройство. Сегодняшние айпады и айфоны станут таким же нелепым и громоздким анахронизмом, как сегодня выглядят будки общественных таксофонов на улице. Заглянем немного дальше: с дальнейшей миниатюризацией электроники станет возможной массовая коммерческая имплантация различных устройств. И тут вопрос электропитания встанет в другой плоскости: не как долго, а как? И применение электрогенерирующей одежды для питания имплантов на первых порах может стать единственным способом.

Куда счастливее по сравнению с мирными гражданами будут военные: сегодня перспективные комплексы индивидуального оснащения солдат подразумевают ношение на себе до 6 кг аккумуляторов для носимого компьютера, радиостанции, прибора ночного видения, лазерного целеуказателя и фонаря. При этом срок работы всей этой красоты от аккумуляторов также весьма невелик. Представьте, насколько расширятся возможности военных, которым удастся одеть каждого солдата в «самозаряжающуюся» форму и оснастить гибким, устойчивым к повреждениям компьютером, передающим информацию о местонахождении бойца его непосредственному командиру. Операторы беспилотников смогут в реальном времени видеть расположение своих, что позволит существенно повысить их эффективность и снизить потери от дружественного огня. Вот оно, перенесение принципа сегодняшних стратегических игрушек в реальную жизнь, привет любителям Starcraft и Command & Conquer.

В более отдалённом будущем одежда, изготовленная из оптоволокна, позволит реализовать принцип оптического камуфляжа, когда человек словно становится прозрачным. Помните, как в прекрасном аниме Ghost in the Shell (Призрак в доспехах) комбинезон главной героини словно становился стеклянным, делая её почти невидимой? Да что там аниме, все ведь смотрели «Хищника» с незабвенным Шварценеггером, какое впечатление произвёл «прозрачный» камуфляж инопланетянина. Самое интересное, что сейчас уже ведутся научно-исследовательские работы и есть первые практические результаты по созданию подобных технологий.