Le t-shirt « intelligent » utilise des fibres de nanotubes de carbone flexibles pour garder un œil sur le cœur
Les fibres de nanotubes de carbone adaptables de Rice tissées directement dans les vêtements collectent un ECG et une fréquence cardiaque précis.
Il n’est pas nécessaire de porter des montres intelligentes ou des bandes de poitrine pour surveiller votre cœur si votre t-shirt confortable peut faire une bien meilleure tâche.
C’est l’idée derrière les « vêtements sages » créés par un laboratoire du Rice College, qui a utilisé son fil de nanotube conducteur pour tisser des fonctionnalités directement dans des vêtements ordinaires.
Le laboratoire de la Brown School of Design de l’ingénieur chimiste et biomoléculaire Matteo Pasquali a rapporté dans la revue américaine Nano Letters sur la culture chimique qu’il cousait des fibres de nanotubes dans des vêtements de sport pour suivre le prix du cœur et prendre un électrocardiogramme (ECG) continu du porteur.
Les fibres sont tout aussi conductrices que les cordons métalliques, mais elles sont nettoyables, confortables et beaucoup moins susceptibles de s’endommager lorsqu’un corps reste en mouvement, selon les scientifiques.
Dans l’ensemble, le t-shirt qu’ils ont amélioré était bien meilleur pour collecter des données qu’un écran principal de sangle de poitrine prenant des mesures en temps réel pendant les expériences. Lorsqu’il est associé à des écrans d’électrodes cliniques et industriels, le tee-shirt en nanotubes de carbone a donné des ECG légèrement meilleurs.
“La chemise doit être bien ajustée contre la poitrine”, a déclaré Lauren Taylor, étudiante diplômée de Rice, auteure principale de l’étude. “Dans les recherches futures, nous nous concentrerons certainement sur l’utilisation de plaques plus denses de chaînes de nanotubes de carbone, afin qu’il y ait plus de zone de contact avec la peau.”
Les chercheurs ont noté que les fibres de nanotubes sont douces et polyvalentes, et que les vêtements qui les incorporent sont lavables en machine. Les fibres peuvent être cousues à la machine dans le tissu comme un fil standard. Le patron de couture en zigzag permet à la matière de s’étirer sans la casser.
Les fibres fournissaient non seulement un contact électrique constant avec la peau de l’utilisateur, mais servaient également d’électrodes pour relier des appareils électroniques tels que des émetteurs Bluetooth pour relayer des données vers un téléphone portable ou se connecter à un écran Holter pouvant être stocké dans la poche d’un utilisateur, a déclaré Taylor.
Le laboratoire de Pasquali a introduit la fibre de nanotubes de carbone en 2013. Depuis lors, les fibres, chacune constituées de dizaines de milliards de nanotubes, ont été examinées pour être utilisées comme ponts pour réparer les cœurs endommagés, comme interfaces utilisateur électriques avec l’esprit, pour une utilisation dans les implants cochléaires, comme antennes adaptables et pour les applications automobiles et aérospatiales. Leur croissance fait également partie du Rice-based Carbon Center, une initiative d’étude multi-universitaire dirigée par Rice et lancée en 2019.
Les filaments de nanotubes d’origine, mesurant environ 22 microns de large, étaient aussi minces pour qu’un dispositif de couture puisse s’en occuper. Taylor a affirmé qu’un fabricant de cordes avait été utilisé pour créer un fil à coudre, essentiellement trois paquets de sept filaments chacun, tissés dans une taille à peu près égale à une ficelle standard.
“Nous avons collaboré avec quelqu’un qui vend de petits appareils créés pour fabriquer des cordes pour maquettes de bateaux “, a déclaré Taylor, qui a d’abord essayé de tisser la ficelle à la main, avec un succès limité. “Il a réussi à nous faire un gadget de taille moyenne qui fait exactement la même chose.”
Elle a affirmé que le motif en zigzag pourrait être adapté pour tenir compte de l’allongement le plus probable d’un tee-shirt ou d’un autre matériau. Taylor a déclaré que l’équipe collaborait avec le Dr Mehdi Razavi et ses collègues du Texas Heart Institute pour savoir exactement comment maximiser le contact avec la peau.
Les fibres tissées directement dans le matériau peuvent également être utilisées pour intégrer des antennes ou des LED, selon les chercheurs. Des modifications mineures de la géométrie des fibres et de l’électronique associée pourraient éventuellement permettre aux vêtements de vérifier les signes vitaux, l’effort physique ou la fréquence respiratoire.
Taylor a noté que d’autres utilisations possibles pourraient consister en des interfaces utilisateur homme-machine pour les voitures ou la robotique logicielle, ou en tant qu’antennes, moniteurs de bien-être et sécurité balistique dans les uniformes militaires. “Nous avons démontré avec un partenaire il y a quelques années que les fibres de nanotubes de carbone dissipent mieux la puissance par poids que le Kevlar, et cela sans plusieurs des gains que nous avons obtenus en raison de la résistance à la traction”, a-t-elle déclaré.
“Nous constatons qu’après vingt ans de croissance dans les laboratoires du monde entier, ce matériau fonctionne dans de plus en plus d’applications”, a déclaré Pasquali. “En raison de la combinaison de la conductivité, de l’excellent contact avec la peau, de la biocompatibilité et de la douceur, les chaînes de nanotubes de carbone sont un élément naturel des vêtements portables.”
Il a déclaré que le marché des vêtements, bien que relativement petit, pourrait être un facteur d’accès pour une toute nouvelle génération de matériaux durables pouvant être dérivés d’hydrocarbures par division directe, un processus qui produit également de l’hydrogène propre. L’avancement de ces produits est une priorité du Carbon Hub.
“Nous sommes dans la même situation que les cellules solaires il y a quelques années”, a déclaré Pasquali. « Nous avons besoin de chefs d’application qui peuvent fournir une force d’attraction pour augmenter la production et augmenter l’efficacité. »
Référence : « Washable, Sewable, All-Carbon Electrodes and Signal Wires for Electronic Clothing » par Lauren W. Taylor, Steven M. Williams, J. Stephen Yan, Oliver S. Dewey, Flavia Vitale et Matteo Pasquali, 30 août 2021, Nano Lettres .
DOI : 10.1021/acs.nanolett.1c01039
