AMBIENTEX: Investigacion y desarrollo de textiles con capacidades de sensorización y recolección de la energía ambiental. (Final)

I + D / Textiles inteligentes y soluciones TIC

AMBIENTEX: Investigacion y desarrollo de textiles con capacidades de sensorización y recolección de la energía ambiental. (Final)

Fecha: 2013

1. Motivaciones por las que se realiza el proyecto (Razones del estudio)

El presente proyecto articulará y consolidará varias líneas de investigación, que se llevarán de manera paralela, orientadas a la investigación y desarrollo de nuevos textiles técnicos con capacidad para la detección de magnitudes físicas o químicas, por un lado, y para la generación de energía eléctrica a partir de la energía ambiental (energy harvesting), por otro, mediante la utilización de diferentes tecnologías. Este tipo de tejidos podrán destinarse a un amplio abanico de aplicaciones y productos textiles, como: indumentaria, textil-hogar, tejidos técnicos (geotextiles, agrotextiles, arquitectura textil,…)

Este proyecto tiene por objetivo desarrollar sensores mediante fibra óptica e impresión de tintas conductoras sobre sustrato textil, y desarrollar sistemas textiles capaces de captar energía residual presente en el ambiente para producir energía eléctrica que posteriormente será utilizada para alimentar sistemas de bajo consumo. Gracias a estas técnicas energy harvesting se conseguirá desarrollar sensores capaces de autoabastecerse mediante energía del ambiente, sin necesidad de tener que reemplazar las baterías y sin tener que recargarlas conectándolas a la red eléctrica.

Los textiles inteligentes interactivos representan la próxima generación de tejidos y las oportunidades potenciales para su explotación son enormes. Ahora bien, en los últimos años, se ha hecho evidente que un gran obstáculo para la integración de la funcionalidad requerida en los tejidos es la necesidad de incorporar una fuente de alimentación. Esto requiere de una conexión convencional, y de una batería o fuente de alimentación que deberá ser sustituida durante la vida útil del producto o incluso en el proceso de lavado en el caso de prendas de vestir. Este uso continuado de baterías, conduce a que muchas de ellas sean arrojadas a la basura doméstica; aumentando con ello el vertido de metales pesados al medio ambiente.

A partir de la ejecución del presente proyecto se obtendrá un sistema con apariencia textil, flexible, adaptable a cualquier superficie, con buenas propiedades mecánicas y de durabilidad, con la capacidad para adquirir parámetros ambientales, así como generar energía eléctrica.

Los textiles a desarrollar mediante la ejecución del proyecto serán livianos, flexibles y sus funcionalidades vendrán dadas mediante procesos industriales textiles tradicionales y continuos, augurando la viabilidad industrial y económica de los futuros artículos a desarrollar.

La correcta consecución de la investigación va a facilitar la transmisión de los resultados obtenidos e impulsará futuros proyectos de I+D tanto de AITEX y AIDO como del conjunto de empresas relacionadas.

2. Objetivos

El objetivo principal del presente proyecto es la investigación en nuevas tecnologías de sensorización mediante fibras ópticas y obtención de energía mediante técnicas de energy harvesting para aplicación sobre tejidos. Estas nuevas tecnologías permitirán adaptar los tejidos a las demandas del mercado en cuanto a la sensorización de tejidos permitiendo monitorizar diferentes variables dependiendo de la aplicación o necesidad concreta.

Para alcanzar el objetivo planteado se han seleccionado fundamentalmente dos tecnologías que son la fibra óptica y la impresión de circuitos mediante tintas conductoras. Es una realidad que las fibras ópticas permiten, además de transmisión de datos, ser empleadas como sensores de variables del entorno. Para ello se analiza cómo viaja la luz a través de ellas, y qué cambios sufren al variar las condiciones del entorno. Además se contempla la impresión de circuitos electrónicos (printed electronics) sobre sustrato textil, ya que esta técnica permite la incorporación de elementos electrónicos sobre sustratos flexibles posibilitando su colocación en tejidos de forma distribuida. En este sentido durante el proyecto se explotarán las posibilidades de aplicación de la recolección de energía (energy harvesting), esta técnica permite obtener tipos de energía que existen en el ambiente como captación de radiación electromagnética de señales presentes en el aire, o vibraciones y cambios de presión usando materiales piezoeléctricos. Esta energía puede ser almacenada o utilizada para alimentar pequeños dispositivos electrónicos de bajo consumo o a los propios sensores y permitirles comunicación inalámbrica, y sin la necesidad de utilizar incómodas baterías.

Los objetivos específicos a alcanzar durante el desarrollo del proyecto serán los siguientes:

  • Estudio del estado del arte en el empleo de fibras ópticas para sensorizarción de variables ambientales para su incorporación en estructuras textiles.
  • Estudio del estado del arte de tecnologías de recolección de energía (energy harvesting) susceptibles de ser incorporadas en textiles.
  • Investigación de los materiales adecuados para funcionalización de tejidos en cuanto a sensorización y recolección de energía.
  • Investigación de nuevas técnicas de incorporación de tecnologías de sensorización y energy harvesting sobre sustratos textiles.
  • Investigación de las estructuras y las propiedades superficiales de los textiles adecuadas para la óptima deposición de los materiales funcionales.
  • Investigación de los materiales adecuados para su incorporación en el tejido funcional mediante un proceso de acabado para dotar al tejido de mayores propiedades mecánicas y de durabilidad.
  • Desarrollo y validación de prototipos con propiedades sensoricas y de generación de energía eléctrica.

3. Resultados obtenidos

El presente proyecto se enmarca dentro de la investigación para la obtención de nuevos textiles funcionales con nuevas capacidades sensóricas y de recolección de energía ambiental.

Durante la primera anualidad del proyecto se ha realizado un estudio con profundidad de las tecnologías seleccionadas así como sus diferentes posibilidades de aplicación textil. Fruto de dichas investigaciones se han obtenido los siguientes resultados iniciales:

  • Adquisición de un conocimiento avanzado acerca de los materiales y de las tecnologías implicadas.
  • Diseño de distintos tipos de textiles sensores y diseño de textiles para el autoabastecimiento de los desarrollos de sensado.

Con estos resultados, se podrá desarrollar nuevos tejidos con nuevas funcionalidades destinados a un amplio abanico de productos y aplicaciones.

Estos resultados podrán ser aplicados a multitud de sectores debida a la demanda de monitorizar ciertas variables del entorno o de los propios usuarios de forma natural, y mediante el empleo de redes de sensores no invasivas. En este sentido el conseguir incorporar estas redes de sensores a los tejidos permitirá acceso a multitud de sectores como pueda ser:

  • Construcción empleando geotextiles.
  • Transporte mediante el empleo de tejidos aislantes o de refuerzo.
  • Indumentaria para monitorizar variables fisiológicas deportistas.
  • E-Salud monitorización de pacientes con enfermedades crónicas.

Número de expediente: IMDECA/2013/104

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