Ora è possibile caricare gli indumenti intelligenti in modalità wireless grazie alla svolta dell'inchiostro MXene

Grazie ai progressi tecnologici, oggi tutto è diventato intelligente: telefoni, frigoriferi, TV, orologi, biciclette, automobili, portafogli, forni, occhiali, campanelli, termostati e spazzolini da denti.

Un'altra cosa che sta diventando intelligente e che forse non ti aspettavi sono i tuoi vestiti. Esatto! Anche gli indumenti e i tessuti stanno diventando intelligenti. Immagina tessuti che possono percepire e rispondere alla tua temperatura, ai tuoi movimenti e alla tua pressione.

L'ubiquità dei tessuti, così come la loro ampia superficie e la vicinanza ai loro utilizzatori, rendono l'integrazione della funzionalità in essi un'impresa promettente.

Sebbene siano state fatte promesse da molti marchi di moda di alto livello, gli abiti intelligenti con sensori e i tessuti di nuova generazione non sono ancora diventati una parte regolare della nostra vita quotidiana. Questo perché l'elettronica basata sui tessuti o gli e-textile richiedono alimentatori sui tessuti, il che può avere un impatto negativo sul comfort dell'utente.

In alternativa, è stata intrapresa una strada di raccolta di energia on-garment. I dispositivi fotovoltaici sono esempi di dispositivi che raggiungono una potenza ragionevole ma con una tensione relativamente bassa. Inoltre, hanno metodi di fabbricazione complicati e hanno bisogno di luce per fornire energia. Il piezoelettrico è un altro che genera una tensione significativa ma fornisce correnti nell'intervallo μA.

In questo caso, la ricarica wireless può offrire vantaggi sostanziali: i ricercatori si sono affidati agli MXenes e li hanno integrati direttamente nei tessuti.

Per far sì che i tessuti elettronici entrassero a far parte dei nostri guardaroba, i ricercatori della Drexel University hanno collaborato con Accenture Labs in California per realizzare una rete energetica tessile completa, che può essere ricaricata in modalità wireless.

Descrivere in dettaglio il processo e la fattibilità della costruzione di una rete, l'ultimo studio, sostenuto dai National Institutes of Health, ha riferito di aver utilizzato inchiostro composto da MXene per stampare su tessuti di cotone non tessuto.

Questa stampa può essere realizzata facilmente utilizzando metodi di stampa diretta e l'inchiostro può essere asciugato a temperatura ambiente e applicato sui tessuti.

La rete energetica on-garment della Drexel University può alimentare dispositivi elettronici del mondo reale, tra cui un sensore sEMG, e trasmettere dati in tempo reale. Il team ha anche creato un riscaldatore joule wireless, alimentato direttamente dalla bobina MXene.

MXene: un nanomateriale 2D con infinite possibilità

Creato direttamente dalla Drexen, MXene è un tipo di nanomateriale che non solo è altamente conduttivo, ma anche sufficientemente resistente da sopportare i lavaggi, gli stiramenti e le pieghe a cui sono sottoposti gli indumenti.

Oltre alla sua conduttività naturale, MXene è impermeabile alle radiazioni elettromagnetiche e può disperdersi in acqua come soluzione colloidale stabile. Ciò consente un facile rivestimento di tessuti con MXene senza la necessità di additivi chimici. MXene mostra anche una super-supercapacità e si mostra promettente nei sensori. Questi nanoflakes possono essere posizionati ovunque e su quasi tutte le superfici.

Tutte queste qualità conferiscono a MXene un netto vantaggio rispetto ad altri materiali e lo rendono un candidato ideale da integrare nei tessuti per aggiungere funzionalità e generare e immagazzinare energia elettrica. Come ha osservato la Drexel University:

“Le possibilità per MXenes sono infinite.”

Ad esempio, i ricercatori hanno sviluppato una strategia scalabile per fabbricare pellicole ad alte prestazioni di scaglie di MXene di carburo di titanio che hanno promettenti applicazioni nell'industria aerospaziale, biomedica e nei dispositivi elettronici flessibili. Altrove, gli scienziati hanno scoperto proprietà di tipo p in un nuovo materiale MXene per migliorare il suo potenziale per applicazioni nanotecnologiche. Un altro team è sblocco il potenziale dell'MXene nella catalisi per facilitare l'uso dell'ammoniaca come vettore di idrogeno per lo stoccaggio di energia rinnovabile.

In realtà è stato più di un decennio fa che i ricercatori Drexel del Dipartimento di Scienze dei Materiali e Ingegneria del College of Engineering hanno scoperto questa famiglia di carburi o nitruri 2D. Con uno spessore di soli pochi atomi, la struttura del materiale ha mostrato un immenso potenziale in termini di attributi e utilizzo.

Non esiste un solo MXene; ce ne sono molti diversi e molti altri possibili.

"Il cielo è davvero il limite."

– Yury Gogotsi, professore al College of Engineering di Drexel e direttore dell'AJ Drexel Nanomaterials Institute, anni fa

Successivamente, i ricercatori hanno iniziato a esplorare la possibilità di adattare MXene come rivestimento in grado di conferire le sue eccezionali proprietà a un'ampia gamma di materiali.

Ora, con l'ultima prova di fattibilità, l'Università ha compiuto un altro enorme passo avanti, che rappresenta un grande passo avanti per la tecnologia indossabile, attualmente limitata dall'uso di batterie ingombranti e rigide, non completamente integrate negli indumenti.

Parlando del fatto che i dispositivi di alimentazione ingombranti che richiedono componenti rigidi non sono la soluzione ideale, il responsabile dello studio, Gogotsi, ha spiegato che sono semplicemente scomodi e ingombranti per chi li indossa.

Mentre gli e-textile possono essere collegati alla presa a muro, l'alimentazione diretta limita i movimenti. Ha aggiunto:

"(Essi) tendono inoltre a guastarsi nel tempo nell'interfaccia tra l'elettronica rigida e il tessuto morbido."

Queste interfacce possono ridurre il comfort dell'utente e sono soggette a guasti meccanici. Poi c'è il problema della lavabilità con gli e-textile, che è piuttosto difficile da gestire.

Il team di ricerca di Drexel ha quindi stampato la griglia tessile su un substrato di cotone flessibile e leggero, delle dimensioni di una piccola toppa.

Contiene inoltre una bobina risonante stampata, chiamata bobina MX, che converte le onde elettromagnetiche in energia per abilitare la ricarica wireless. Ci sono anche tre supercondensatori tessili che immagazzinano energia e sono utilizzati per alimentare i dispositivi.

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Un supercondensatore 'patch' per l'accumulo di energia

Fonte: Università di Drexel

Dopo aver studiato la durabilità, la conduttività elettrica e la capacità di accumulo di energia dei tessuti funzionalizzati con MXene che non erano ottimizzati per alimentare dispositivi elettronici diversi da quelli passivi come le luci a LED, Drexel e Accenture Labs sviluppato questi supercondensatori l'anno scorso.

All'epoca, il team riferì che il supercondensatore poteva caricarsi in pochi minuti e poi alimentare un sensore di temperatura e la comunicazione radio dei dati per circa due ore.

Gogotsi, coautore dello studio, aveva anche osservato all'epoca che per integrare completamente la tecnologia nel tessuto, dobbiamo anche essere in grado di integrare perfettamente la sua fonte di energia.

"La nostra invenzione indica la strada da seguire per i dispositivi tessili di accumulo di energia".

– Gogotsi

La facilità con cui MXene aderisce al tessuto consente al supercondensatore di Drexel di mostrare un'elevata densità energetica e di supportare applicazioni funzionali, necessarie per implementare l'accumulo di energia basato sui tessuti in applicazioni pratiche.

La toppa supercondensatore tessile MXene è stata progettata con l'obiettivo di massimizzare la capacità di accumulo di energia utilizzando il minimo di materiale e poco spazio. In questo modo, ha ridotto il costo complessivo di produzione e, allo stesso tempo, ha preservato la flessibilità e la vestibilità dell'indumento.

Ora, per creare il supercondensatore, piccoli campioni di tessuto di cotone intrecciato sono stati immersi in una soluzione di MXene. Sono stati poi stratificati su un gel elettrolitico di cloruro di litio. Ogni cella del supercondensatore ha due strati di tessuto, che sono rivestiti di MXene.

Per avere una patch in grado di far funzionare i dispositivi, sono state impilate cinque celle con un'area di 25 centimetri quadrati per creare un pacco batteria in grado di caricare fino a 6 volt. Le celle sono state anche sigillate sotto vuoto per evitare il degrado delle prestazioni.

Il supercondensatore del team è stato in grado di alimentare un microcontrollore Arduino Pro Mini da 3.3 V, che ha raggiunto una delle potenze totali in uscita più elevate mai registrate per un dispositivo energetico tessile.

Il microcontrollore è stato anche in grado di trasmettere la temperatura in modalità wireless ogni 30 secondi per 96 minuti. Questa prestazione è stata mantenuta costantemente per oltre 20 giorni.

Abilitare la ricarica wireless nei tessuti

Dopo aver creato il dispositivo di accumulo di energia, ovvero un supercondensatore, che fornisce energia più rapidamente di una batteria, il team ha iniziato a lavorare sulla griglia tessile, che comprendeva una bobina MX e tre supercondensatori tessili.

Il team ha dimostrato l'efficacia del suo sistema nell'alimentare vari usi dell'e-textile. Ad esempio, la griglia sviluppata era in grado di caricare in modalità wireless a 3.6 volt, il che è sufficiente per alimentare sensori indossabili, orologi da polso e calcolatrici. Oltre ai piccoli dispositivi, la griglia aveva la capacità di alimentare anche circuiti digitali nei computer.

Dopo aver testato la rete con piccoli dispositivi elettronici, si è scoperto che, caricandola per soli 15 minuti, la rete era in grado di generare energia sufficiente ad alimentare piccoli dispositivi per oltre 90 minuti.

Inoltre, dopo averla sottoposta a un ampio ciclo di lavaggio e piegatura per simulare l'usura a cui sono sottoposti i normali indumenti, i ricercatori hanno scoperto che le prestazioni della griglia non erano minimamente diminuite.

Guidati dalla dottoressa Flavia Vitale, professoressa associata di neurologia, i collaboratori dell'Università della Pennsylvania hanno testato anche gli elettrodi biosensori wireless basati su MXene, denominati MXtrodes, che monitorano il movimento muscolare.

Oltre alle applicazioni su indumenti che richiedono accumulo di energia, il team ha mostrato quei casi d'uso che potrebbero non aver bisogno di accumulo di energia, come "situazioni con utenti relativamente sedentari", ha affermato Alex Inman, PhD, assistente di ricerca con Gogotsi presso l'AJ Drexel Nanomaterials Institute.

A questo proposito, il team ha utilizzato il sistema per alimentare una serie di sensori di temperatura e umidità disponibili in commercio insieme a un microcontrollore per trasmettere i dati raccolti in tempo reale. Una carica wireless di appena mezz'ora ha alimentato la funzione ad alta intensità energetica di trasmissione in tempo reale dai sensori per 13 minuti.

La bobina MX è stata ulteriormente utilizzata per alimentare un elemento riscaldante stampato su tessuto, un riscaldatore Joule. Ha generato un aumento di temperatura di circa 4 gradi Celsius come prova di concetto. Secondo Gogotsi:

"Molte tecnologie diverse potrebbero essere alimentate dalla ricarica wireless. La cosa principale da considerare quando si sceglie un'applicazione è che deve avere senso per un'applicazione indossabile."

Mentre i sensori biologici, in quanto futuro dell'assistenza sanitaria, possono essere integrati direttamente nei tessuti per aumentare la qualità e l'affidabilità dei dati e migliorare il comfort dell'utente, Gogotsi ha affermato che la loro ricerca dimostra che una rete elettrica basata sui tessuti può alimentare un numero qualsiasi di dispositivi periferici.

Dai dispositivi tattili indossabili per applicazioni AR/VR come intrattenimento e formazione ai LED in fibra per la moda o la sicurezza sul lavoro e il controllo di dispositivi elettronici esterni, la loro rete elettrica basata su tessuti ha dimostrato vari potenziali casi d'uso.

Sebbene si tratti di un grande risultato, è ancora necessario ulteriore lavoro per ottimizzare il design per creare comportamenti risonanti e potrebbero essere aggiunti altri materiali per aumentare l'efficienza. Andando avanti, i ricercatori Drexel si concentreranno sull'ampliamento del suo sistema senza limitarne la capacità di essere integrato nei tessuti o influenzarne negativamente le prestazioni.

Nel complesso, secondo Gogotsi e Inman, i materiali MXene possono svolgere un ruolo importante nel trasformare varie tecnologie in forme tessili.

"Stiamo producendo abbastanza energia dalla ricarica wireless per alimentare molte applicazioni diverse, quindi i prossimi passi si riducono all'integrazione. Un modo importante in cui MXene può aiutare in questo è che può essere utilizzato per molte di queste funzionalità: tracce conduttive, antenne e sensori".

– Inman

Le aziende posizionate per trarre vantaggio dall'e-Textile che sta diventando realtà

L'abbigliamento intelligente è un mercato in crescita, il cui valore attuale è stimato in 5.16 miliardi di dollari, e è previsto per crescere a un CAGR del 26.2% dal 2025 al 2030. Con una crescente attenzione alla salute e al fitness tra gli utenti, i giganti della tecnologia come Google (GOOGL -2.36%) e Apple (AAPL -0.71%) hanno creato tecnologie indossabili e possono potenzialmente trarre vantaggio anche dagli e-textile.

Torna in 2019, Levi (LEVI -0.3%) ha collaborato con Google per lanciare la sua smart Trucker Jacket. Aveva la tecnologia Jacquard di Google integrata, che consente di utilizzare una particolare sezione di tessuto per controllare i telefoni cellulari.

I tessuti a base di MXene possono rivelarsi preziosi anche nel settore medico, dove aziende come Medtronic (MDT) possono utilizzarli per garantire comfort e sicurezza.

Diamo ora un'occhiata a due aziende che possono realmente trarre vantaggio dai continui progressi nell'abbigliamento intelligente.

1. Vuzix Corporation (VUZI -1.47%)

L'abbigliamento intelligente ha un ampio margine di utilizzo e crescita nei settori della realtà virtuale (VR) e della realtà aumentata (AR). Può aiutare a sfumare i confini tra il mondo fisico e quello online attraverso segnali sensoriali come il feedback tattile, creando esperienze più immersive per l'utente.

Vuzix è un fornitore di tecnologia di visualizzazione AR e VR indossabile. Integrando e-textile basati su MXene nei suoi wearable, Vuzix può migliorare significativamente l'esperienza utente eliminando i pacchi batteria esterni senza limitare i movimenti dell'utente.

Ora, se diamo un'occhiata alle sue performance di mercato, le azioni della società con una capitalizzazione di mercato di 76.2 milioni di $ sono in calo del 44.36% quest'anno, poiché vengono scambiate a 1.22 $ al momento della scrittura. Ha un EPS (TTM) di -1.26 e un P/E (TTM) di -0.92.

Per il secondo trimestre del 2024, la società segnalati un calo del 77% nei suoi ricavi totali a 1.1 milioni di $ rispetto ai 4.7 milioni di $ del 2Q23. Questo calo è stato il risultato di minori vendite di prodotti, in particolare per gli occhiali intelligenti M400.

La perdita lorda per il periodo è stata di $ 0.3 milioni, che è stata il risultato di minori ricavi che non sono stati in grado di coprire i costi fissi di produzione dell'azienda. Le spese di ricerca e sviluppo, nel frattempo, sono state di $ 2.4 milioni. Al 30 giugno 2024, Vuzix aveva liquidità e mezzi equivalenti per $ 9.9 milioni, mentre la sua posizione complessiva di capitale circolante era di $ 22.1 milioni.

2. Nike (NKE -2.6%)

Questo colosso dell'abbigliamento sta già sperimentando da tempo l'abbigliamento intelligente e l'integrazione di indumenti con ricarica wireless basati su MXene potrebbe aiutare Nike a sviluppare abbigliamento sportivo avanzato in grado di tracciare i dati biometrici senza compromettere la funzionalità e il comfort dell'utente.

Di recente, esso svelato Aerogami, una nuova tecnologia di abbigliamento traspirante con prese d'aria reattive all'umidità che si aprono e si chiudono da sole quando rilevano il sudore. Aiuta i runner a regolare meglio la temperatura corporea quando si allenano. Con la sua tecnologia di abbigliamento ad alte prestazioni, Nike mirava a "creare un prodotto che interagisca con i corpi degli atleti in tempo reale mentre si riscaldano, sudano e si raffreddano".

Ora, per guardare al suo lato finanziario, Nike è una società con una capitalizzazione di mercato di 6 miliardi di $ le cui azioni sono attualmente scambiate a 77.20 $, in calo del 28.18% quest'anno. Ha un EPS (TTM) di 3.49 e un P/E (TTM) di 22.36, mentre paga un rendimento da dividendi dell'1.90%.

Per i risultati finanziari dell'anno fiscale 2025 per il trimestre conclusosi il 31 agosto 2024, la società segnalati un fatturato di 11.6 miliardi di $, un calo del 10% anno su anno. Anche l'utile netto è sceso del 28% a 1.1 miliardi di $. Mentre Nike ha lottato negli ultimi anni con il rallentamento della domanda dei consumatori, detiene ancora una quota di mercato del 40% nel settore dell'abbigliamento sportivo.

Nel frattempo, la sua liquidità e i suoi equivalenti e gli investimenti a breve termine sono pari a 10.3 miliardi di $, in aumento di circa 1.5 miliardi di $ rispetto all'anno scorso. I rendimenti per gli azionisti hanno continuato ad aumentare, con 558 milioni di $ distribuiti in dividendi, mentre 1.2 miliardi di $ sono stati spesi per riacquisti di azioni.

Conclusione

La tecnologia è il settore in più rapida crescita, che influenza quasi ogni ambito della nostra vita, incluso il nostro guardaroba. Tuttavia, le soluzioni di accumulo di energia tessile flessibili ed estensibili continuano a essere poco sviluppate dalla maggior parte dei sistemi e-textile a causa delle prestazioni inadeguate dei materiali e delle tecnologie attualmente disponibili.

Con la continua ricerca e innovazione, potremmo finalmente vedere l'abbigliamento intelligente diventare realtà. Qui, il materiale meraviglioso che è MXene offre grandi promesse con la sua versatilità, che non solo può rendere possibili gli e-textile, ma ha anche il potenziale per affrontare le future richieste di energia.

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