Bologna 26 Aprile 2005 Sistemi indossabili basati sull'uso di tessuti elettronici Università di Pisa Centro Interdipartimentale di Ricerca E.Piaggio Alessandro

Bologna 26 Aprile 2005

Sistemi indossabili basati sull'uso di tessuti elettronici

Università di Pisa Centro Interdipartimentale di Ricerca

“E.Piaggio”

Alessandro Tognetti, Danilo De [email protected]

La ricerca italiana per il tessile-abbigliamento europeoBologna, 26 Aprile 2005

mailto:[email protected]


Tessuti elettronici (e-textiles)

• Sistemi tessili che integrano diverse funzionalità:– Sensori– Attuatori– Elettronica/processing– Energy harvesting/storage


Tessuti elettronici

• Monitoraggio segnali vitali– Ecg, emg, suoni cardiaci, respiro, temperatura interna

• Monitoraggio tramite biosensori– Sudore, O2, CO

• Sensori esochimici– Rilevamento gas tossici

• Monitoraggio postura e movimento• Energy harvesting/storage

– Calore, movimento, supercondensatori• Attuazione

– Deformazione, riscaldamento raffreddamento, generzione di luce

• Telecomunicazioni– Antenne tessili


e-textiles

Movement and activitymonitoring:wearable strain sensorsfor posture and gesture analysis

Health monitoring:wearable bionsensors and and electrodes for vital signs detection

Sport medicine:training or accident prevention

Telemedicine:-wearable electronics for signal elaboration and data teletransmission-wearable master-slave interfaces for telesurgery

Teleassistance:wearable electronics for wireless communication

Virtual-augmented reality:sensorised and actuatedman-machinewearable interfaces

Rehabilitation:wearable actuators

for physiotherapyor compensation

of disabilities


E-Textiles


• Fili metallici• Fili contenenti fibre conduttive (es: acciaio

inossidabile) mescolate con fibre naturali o sintetiche• Fili realizzati con polimeri caricati (carbon black)• Fili realizzati con fibre di polimero conduttore

(polyanilina, polypirrolo)• Fili realizzati con nanofibre (nanotubi di carbonio,

nanofibre di polimero conduttore)

Filati conduttivi per sensori ed elettrodi

Filati con proprietà elettriche:- conduttori- semiconduttori- piezoresistivi


Filati conduttivi per sensori ed elettrodi

• Tessuti intelligenti – sensori, elettrodi, interconnessioni

elettriche, alimentazione elettrica

• Tessuti anti-statici• Isolamento elettromagnetico• Tessuti termolegolati• Antenne su tessuto


Fibre e fili metallici

Bekinox® VN: filo continuo (multi- filamento), 100 % acciaio

inossidabile Bekinox® VS: feltro composto al 100% da fibre di

acciaio inossidabile

BEKITEX® BK 50: filo conduttivo elastico


Fili contenenti fibre piezoelettriche

• Fibre di PVDF

Fibra piezoelettrica

Core metallico

• Co-estrusione del materiale con fili metallici

• Polarizzazione


Tessuti piezoelettrici

• Sensing meccanico– Segnali vitali (battito cardiaco,

respiro, suoni cardiaci)– Sensori di impatto

• Energy Harvesting- Recupero energia dal movimento


Nanofibre

• Caratteristiche meccaniche fibre crescono al diminuire del diametro

• Diametro < 1µm• Metodi di spinning meccanici (Diametri > 10

µm) • Electrospinning • Aspettative: alta forza assiale, alta flessibilità• Rapporto superficie/peso molto alto • Applicazioni

– Protetcive clothing, tessuti conduttivi, tessuti semiconduttori, tessuti piezoresistivi


Electro-spinningWet-spinningDry-spinning

Extrusion


Electro-spinning nanofibre

• l < 1 m• Diametro 50-1000 nm


Nanotubi di carbonio (CNT)• Molecole di carbonio cilindriche (larghezza ~

nm)• Altissima resistenza meccanica (~ GPa),

eccellenti proprietà elettriche (conduttori o semiconduttori), efficenti conduttori di calore, trasduzione elettromeccanica (sensori/attuatori)

Nanotubi di carbonio realizzati tramite CVD (Chemical Vapor Deposition)

Obiettivo: riportare le proprietà di un singolo nanotubo su scala macroscopica


Fibre di Nanotubi di carbonio

SEM di un filo di CNT (scala 25 m)

15 m diametro


Nanotubi di carbonio: applicazioni

• Fibre polimeriche conduttive – Sensori, attuatori– Super condensatori, batterie– Interconnessioni– Antenne

• Fibre con altissima resistenza meccanica

Tessuto con fibre di CNT

Nano Tech Institute

University of Dallas


Nanofibre• Nanofibre di polyanilina / polyanilina-

Polyethylene– Electrospinning (d < 100nm, conducibilità

0.76 S/cm)

• Nanofibre piezoelettriche – Polimeri caricati con con nano-particelle

ceramiche (PMN-PT)– Polarizzazione


Tessuti piezoresistivi Elastomeri conduttivi/lycra®


Tessuti piezoresistivi Elastomeri conduttivi/lycra®


Indumenti sensorizzati

C:\Documents and Settings\ale\Desktop\bologna\mario2.avi


Indumenti sensorizzati

Polso

Spalla


Elettrodi e sensori su tessuto

Thoracic respiration

Abdominal respiration

Elbow articulation

Shoulder articulation

EMGtriceps

EMGbiceps

ECG(Einthoven’s triangle)RA LA

LF

Precordial leadsPrecordial leads

Electromyogram

Electrocardiogram

Respiratory signal


Elettrodi e sensori su tessuto

impedance pneumography


Rilevazione segnali vitali ECG (elettrodi su tessuto/standard Red Dot)

150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Time sec.

mV

Red dot

150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Time sec.

mV

Fabric Electrode

Einthoven derivazione D1


16 18 20 22 24 26 28

-1

-0.5

0

0.5

1

Am

plit

ud

e m

VStandard EMG Electrode

16 18 20 22 24 26 28

-1

-0.5

0

0.5

1

Time sec.

Am

plit

ud

e m

V

Fabric Electrode

Rilevazione segnali vitali EMG