Elkészült az aktív, a testünket és a környezetet figyelő ruha alapanyaga

Környezetükkel aktív kapcsolatot fenntartó szövetszálakat fejlesztettek ki amerikai kutatók. A kísérleti szövetszálak akusztikus hatásokat fognak és adnak, azaz hallanak és zajokat bocsátanak ki.

A szálaknak, szöveteknek új nemzedéke születhet meg az amerikai Massachusettsi Műszaki Egyetemen (MIT). A Yoel Fink által vezetett csoport olyan szálakat fejlesztett ki, melyek képesek érzékelni és létrehozni a hangokat. Ezekből az újfajta szálakból aktív textil szőhető, és aktív ruha szabható, amely hall, és hangot hallathat.

Különféle szálakat napjainkig vagy ruhák és kötelek nyersanyagaként, vagy - mint az információs korban az üvegszálak - adathordozónként állítottak elő. A kutatók szerint ezek a textíliákban használt szálak, sőt az optikai szálak is túlságosan passzívak. A cél tehát olyan szálak létrehozása, amelyek kölcsönhatásba lépnek környezetükkel.

A hagyományos optikai szálak húzással készülnek. Az alapanyagot előformában hengerbe töltik, felfűtik, szálat húznak, majd kialakítják a kábel szerkezetét, és lehűtik. A Fink laboratóriumában kidolgozott szálak ezzel szemben több különböző funkciójú anyag bonyolult geometriai elrendezései, amelyeknek változatlanul kell kikerülniük a fűtés és a szálhúzás folyamatából.

Az új típusú szálak olyan műanyagon alapulnak, amelyhez hasonlót a mikrofonokban is használnak. A kutatók a műanyag fluortartalmát változtatva képesek voltak biztosítani azt, hogy a molekulák asszimetrikusak maradjanak, azaz a fluoratomok még a hőkezelés és a szálhúzas során is a láncmolekula egyik oldalán sorakozzanak fel, a hidrogénatomok pedig a másikon. A molekulák asszimetriája az, ami a műanyagot piezoelektromossá teszi, ami azt jelenti, hogy megváltoztatja alakját, ha elektromos tér hat rá.

Szigorúan véve a jelenség helyes neve elektrostrikció, a piezoelektromosság pedig a fenti jelenség fordítottja, azaz mechanikai deformációra adott elektromos válasz. A két jelenség párhuzamosan jelentkezik, azaz ami piezoelektromos, az egyben elektrostriktív is - és viszont.

A hagyományos piezoelektromos mikrofonban az elektromos teret fémelektródák hozzák létre. A szál-mikrofonban a szálhúzas miatt a fémelektródák elveszítenék formájukat, ezért a kutatók fém helyett grafitot tartalmazó, vezető műanyagot használtak. Ez az anyag hevítéskor megtartja az alakíthatóság miatt fontos nagyobb viszkozitását, míg a fém nem. A nagy viszkozitás egyrészt megakadályozza az anyagok keveredését, másrészt egyenletes vastagságot biztosít a szálaknak. Miután a szál elkészült, a kutatóknak az összes piezoelektromos molekulát azonos irányba kellett állítani. Ehhez erős elektromos térre van szükség - 20-szor olyan erősre, mint amelyben villám jön létre vihar során.

Annak ellenére, hogy a gyártási folyamat kényes egyensúlyt igényel, a kutatók képesek voltak működő, azaz ténylegesen hallható szálakat előállítani. A szálak külső rétege 30 mikrométer (0,03 mm) vastagságú ferroelektromos polimer.

Hogy a szálak "megszólaljanak", tápegységre kellett kapcsolni azokat, és szinuszos - azaz nagyon szabályosan váltakozó - áramot kellett engedni rájuk. A periodikusan változó elektromos térbe került szál a piezoelektromosság miatt rezgésbe jön. Ha ez rezgés hangtartományba esik, akkor a fülhöz közel tartva hallható a szál hangja. A kutatók természetesen nem csupán a fülükre hagyatkoztak a szál akusztikus tulajdonságainak pontos kimérésekor. Mivel a víz jobban vezeti a hangot, mint a levegő, a mérések egy víztartályba helyezett szállal történtek. A berendezéshez egy akusztikus átalakító is tartozott, melyet kétféle üzemmódban működtettek: vagy az átalakító bocsátott ki hangot, és a szál érzékelt, vagy fordítva. A működési tartomány a kilohertzestől a megahertzes frekvenciákig terjedtek, azaz a szálak meglehetősen magas hangúak.

A kutatók szerint testünkön hordható mikrofonok és biológiai érzékelők készülhetnek az ilyen szálakból. Az alkalmazások között olyan ruhák is lehetnek, amelyek felveszik a beszédet, vagy megfigyelik a testi funkciókat. Más apró szálak képesek lesznek megmérni a vér áramlását a hajszálerekben vagy a nyomást az agy belsejében. Még a vizek, akár a tengervíz tisztaságát is megmérhetik az aktív szálak segítségével.