Têxtil duplo

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5613 (2023) Citar este artigo

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Um combinador original totalmente têxtil é proposto para alimentar sensores próximos a um corpo com apenas uma fonte centralizada de energia como um smartphone, por exemplo. É fornecida uma solução para atender aos requisitos de um processo de produção industrial que precisa minimizar os movimentos da agulha durante um processo de bordado. Além disso, o artigo mostra como suportar vários padrões de transmissão de energia sem fio que já existem, ou seja, NFC e A4WP, ou existirão para satisfazer as enormes necessidades de energia para sistemas distribuídos no domínio IoT. Neste artigo, é proposto um novo sistema sem fio flexível baseado em têxteis que permite comunicação e coleta de energia. Estudos analíticos, numéricos e experimentais foram realizados para demonstrar que a estrutura possui duas frequências ressonantes em 6,8 MHz e 13,6 MHz, o que a torna adequada para os padrões NFC e A4WP. Além disso, as perdas causadas pelo sistema são de 2,76 dB e 1,91 dB para A4WP e NFC, respectivamente. Os resultados são apresentados sucessivamente para destacar as especificidades de tais combinadores têxteis multi-bobinas. Um método para obter uma estrutura ressonante sem qualquer componente eletrônico sólido é explicado.

O desenvolvimento recente dos têxteis conectados permite o aumento da transmissão de dados e energia dentro do vestuário. De fato, os sensores embutidos em nosso tecido precisam de uma fonte de alimentação para funcionar e transmitir dados. A tecnologia Near-field Communication (NFC) é uma solução para fontes de energia centralizadas e armazenamento de dados, especialmente com a melhoria da capacidade da bateria e da memória. O progresso na eletrônica já permitiu o uso de transferência de energia sem fio (WPT) entre pequenos dispositivos vestíveis e smartphones equipados com tecnologia NFC1,2. Alguns pequenos dispositivos IoT, como sensores fisiológicos, podem exigir às vezes apenas fornecimento de energia, eventualmente por uma tecnologia padronizada pela A4WP (Alliance for wireless power) recentemente renomeada como Airfuel (Air Fuel Alliance), sabendo que a tecnologia Qi é uma alternativa padrão, que já está disponível no mercado3,4,5. Esta última tecnologia não foi mantida no presente trabalho, pois opera em frequências muito fracas em torno de 300 kHz, o que restringiria seu uso a antenas perfeitamente alinhadas e idênticas para o transmissor e o receptor localizadas próximas ao combinador. Deve-se notar, além disso, que a frequência do padrão A4WP é exatamente a metade da frequência NFC.

Inúmeras fontes de energia podem ser usadas para fornecer energia ao e-têxtil, mas os smartphones hoje são equipados com antenas NFC e podem armazenar, processar e enviar uma grande quantidade de dados. Consequentemente, eles são particularmente adaptados à fonte de alimentação e conectam têxteis inteligentes a uma rede diferente. Por exemplo, um sistema de transmissão de energia foi desenvolvido para alimentar têxteis inteligentes a partir de energia mecânica de bicicleta6. Jiang et ai. também desenvolveram uma antena NFC têxtil com fios prateados capazes de transmitir dados mesmo sob flexões7. Mais recentemente, Rongzhou Lin et al. também publicaram um estudo apresentando um sistema de transmissão NFC têxtil integral bordado em uma peça de vestuário8. Tem como objetivo monitorar parâmetros fisiológicos em tempo real de forma nômade, como durante a corrida. No entanto, o aparelho precisa de alguns componentes elétricos rígidos para funcionar e sua frequência de operação não é ajustada para 13,56 MHz. Outro estudo sobre antenas NFC têxteis enfocou o aspecto da frequência ressonante9. Isso mostra que a antena bordada pode ser realizada apenas com materiais e processos têxteis, e sua frequência de ressonância pode ser ajustada à tecnologia NFC. Finalmente, a associação de várias antenas têxteis pode criar novos dispositivos, denominados "combiners", que permitem a transferência de um campo magnético de 13,56 MHz através de uma superfície têxtil10. Infelizmente, esse tipo de estrutura inclui um ponto de solda para fechar o circuito, o que gera uma fragilidade no aparelho. Existem também estruturas de rede de área multicorpo de campo próximo têxteis usadas para comunicação no corpo desenvolvidas por metamateriais construídos a partir de matrizes de elementos magneto-indutivos anisotrópicos discretos11. Ao contrário dos resultados publicados em artigos recentes sobre o assunto, nosso trabalho comprova a possibilidade de se comunicar e transferir energia seguindo dois padrões sem fio diferentes (NFC e A4WP) sem nenhum componente eletrônico tradicional. Apenas o material têxtil e as técnicas de processamento são usados ​​para projetar e produzir a antena e o combinador.