Носок вместо тренера и подражание коже кальмара. Как развиваются технологии умных тканей

Умные ткани с помощью наноматериалов или тончайших электропроводящих нитей позволяют превратить одежду в полноценное электронное устройство. Применений у таких решений множество — от меняющих форму и цвет безумных творений модной индустрии и красочных перформансов на спортивных состязаниях, до самосогревающейся и самоохлаждающейся одежды для работы в экстремальных условиях. Но, пожалуй, самое главное — огромные перспективы таких решений в медицинской сфере. Рассказываем о последних достижениях этой инновационной отрасли.

Умные ткани — довольно разнообразная индустрия с множеством технологий и сценариев использования. По функционалу их обычно делят на пассивные, активные и интерактивные.

Пассивные умные ткани собирают информацию об окружающей среде, но не имеют активной электроники. Они включают в себя материалы с встроенными датчиками, которые могут менять цвет или текстуру под воздействием температуры, света или других факторов.

Активные умные ткани оснащены встроенными сенсорами и исполнительными механизмами, которые позволяют ткани не только собирать данные, но и активно на них реагировать. Такие ткани могут, например, изменять проницаемость для воды, регулировать температуру, нагреваться или охлаждаться.

Интерактивные умные ткани могут не только реагировать на температурные скачки, но и анализировать собранные данные, а также взаимодействовать с другими устройствами. Они могут измерять биометрию (например, пульс, температуру тела, дыхание), движения — через анализ деформации ткани, и передавать информацию на смартфон или медицинские устройства.

Сегодня существует множество инновационных терморегулирующих материалов, которые согревают, когда холодно, и охлаждают, когда жарко. Но в основном лишь немногие из них относятся к индустрии умных тканей.

Один из лидеров этого рынка — калифорнийский стартап TechNiche, который продает по всему миру рабочую и спортивную одежду с функцией самоохлаждения. Бестселлеры этой фирмы — жилеты и кепки, которые используют рабочие и спортсмены в жаркую погоду.

Компания разработала и запатентовала технологию HyperKewl, которая позволяет ткани охлаждать носителя с помощью испарения. Жилет надо намочить — он впитает воду, но если его чуть отжать, останется сухим. Затем умная ткань будет понемногу испарять эту воду, обеспечивая охлаждение тела на 5-6 градусов в течение 5-10 часов.

Другая технология компании — Coolpax — даже более эффективна и позволяет поддерживать температуру жилета около 14 градусов на протяжении двух-трех часов. Но технически она не относится к умным тканям — в жилете используются ячейки со специальной жидкостью, которая легче воды, нагревается он медленнее, но при этом не дает обморозиться. Перед использованием эти ячейки нужно заморозить или подержать в ледяной воде.

В октябре 2024 года исследователи из Калифорнийского университета Ирвайна представили метод производства умной ткани, которая способна самостоятельно регулировать температуру тела носителя.

Эта ткань — композитный полимер, который считывает инфракрасное излучение человеческого тела. Когда носитель перегревается, материал становится более проницаемым, позволяя воздуху свободнее циркулировать — и наоборот.

Технология основана на коже кальмара — она состоит из множества слоев, которые сокращаются и сжимаются, пропуская или накапливая тепло в зависимости от условий внешней среды.

Нанотехнологии и микроэлектроника позволяют превращать ткани в экраны. В 2023 году Adobe на своей ежегодной презентации представил Project Primrose — интерактивное платье из металлизированных чешуек умной ткани, которые способны моментально менять окрас.

Впрочем, проект Adobe — скорее баловство. Другие компании пытаются использовать похожие решения для более важных задач.

Швейцарский стартап Dynavisual разработал и запатентовал собственную технологию ткани-дисплея. Изображение на нее выводится через интернет вещей. В компании предлагают использовать эту ткань, чтобы, к примеру, транслировать оперативную информацию на костюмах спасателей или пожарных. Так любой сможет увидеть температуру, команды, инструкции или данные с датчиков, просто бросив взгляд на своего коллегу.

Впрочем, пока компания использует свое решение для примерно такого же баловства, что и платье Adobe — в перформансах на спортивных мероприятиях. Болельщикам раздают кепки из умной ткани, которые превращаются в большой экран для светового шоу.

Пожалуй, один из ключевых трендов в области умных тканей последних лет — материалы, которые вырабатывают электричество из излишков энергии человеческого тела. Это термоэлектрические ткани — они преобразуют в электрический потенциал разницу температур между телом и окружающим воздухом. Много энергии так не получить — но зарядить гаджет, или обеспечить питание датчикам самой умной ткани вполне хватит.

В ноябре 2024 года шведские исследователи протестировали текстиль, прошитый шелковыми нитями с покрытием из проводящих органических полимеров. На человеческом теле эту ткань еще не тестировали. Но поместив ее кусочек между двумя поверхностями с температурной разницей в 30 градусов, ученым удалось добыть около 6 милливольт. Также исследователи показали, что проводящие свойства ткани сохраняются не менее года, и ее можно стирать.

До массового внедрения технологии очень далеко — даже экспериментальный фрагмент ткани исследователи расшивали вручную в течение четырех дней.

А за пару месяцев до этого канадские и китайские ученые презентовали умную ткань, которая не только производит электричество, но еще и мониторит некоторые аспекты состояния здоровья. Она основана на наноматериале Mxene, который присоединяется к нейлону с помощью адгезивного полидопамина. Термоэлектрическая функция нужна ей прежде всего чтобы питать саму себя и подключенные датчики. Производство электричества от разниц температур дополняет возможность вырабатывать его из солнечного света.

Ткань реагирует на температуру и деформацию. К примеру, это можно использовать в медицинских масках для мониторинга частоты дыхания или отслеживания движений.

На сегодняшний день это самое развитое и коммерчески успешное направление индустрии умных тканей. Предметы гардероба в нем превращаются в инструменты для мониторинга за состоянием здоровья, помогают реабилитировать пациентов и менять спортивные привычки.

Канадский стартап Myant Health уже несколько лет продает целую линейку предметов гардероба для мониторинга здоровья, которые работают как фитнес-браслеты — она называется Skiin.

Это бюстгальтеры и бандажи, которые следят за частотой сердечных сокращений, позой, температурой тела, количеством шагов и качеством сна человека. А в будущем научится отслеживать вариативность сердечного ритма, уровень стресса и частоту дыхания.

Вшитые в ткань датчики собирают информацию о жизнедеятельности и передают на Skiin Pod — небольшое электронное устройство, которое отправляет сведения в мобильное приложение. Бюстгальтер с датчиком обойдется в $250.

Раньше компания экспериментировала с другими форм-факторами — так, еще в 2019 году она представила умную рубашку, но, по-видимому, отказалась от нее и остановилась на белье.

Устройства предназначены прежде всего для пожилых людей, и позволяют в режиме реального времени мониторить их состояние. Компания ставит именно на кардиологический функционал — умная ткань позволяет мониторить сердечные ритмы с точностью аппаратов ЭКГ, гораздо точнее, чем обычные фитнес-трекеры, и очень рано улавливать любые тревожные признаки.

Skiin на рынке уже довольно давно, а ученые работают над куда более смелыми разработками. В этом январе в канадском Университете Британской Колумбии начали тестировать умную перчатку для людей, перенесших инсульт. Эта перчатка прошита сенсорными нитями, которые улавливают даже самые незначительные движения рук и пальцев, а также их силу.

С помощью этой перчатки врачи хотят проводить реабилитацию — учить пациентов заново двигать руками. Прежде они использовали дорогостоящие камеры захвата движений. Разработчики перчатки утверждают, что она будет проще, точнее и гораздо дешевле в использовании, чем многие нынешние громоздкие датчики.

Создатели перчатки по совместительству основатели стартапа Texavie. В нем исследователи предлагают гораздо больше сценариев использования такой перчатки — игры и метавселенные, анимация.

Еще одно направление — умные ткани для wellness. Так, стартап Sensoria разработал линейку спортивных футболок, топов и носок из умных тканей, которые мониторят состояние тела во время тренировок и помогают строго придерживаться плана занятий и корректировать технику выполнения упражнений.

Так, умный носок отслеживает частоту шагов, технику приземления стопы и оценку воздействия, генерируемую во время ходьбы и бега. Потом приложение с ИИ анализирует стиль бега на предмет склонности к травмам и переучивает атлета с помощью звуковых подсказок. А топ или футболка измеряют сердечный ритм, вместе с носком образуя «беговую систему».

Умные ткани пытаются разрабатывать и в России. В 2023 году в Балтийском федеральном университете открыли лабораторию SmartTextiles. В июле 2024 года она представила свою первую разработку — умный текстиль для имплантов, который должен стимулировать регенерацию костных клеток. Также в лаборатории работают над самонагревающимися и удерживающими температуру тканями — ее руководительница Ольга Москалюк рассказала, что одежда из таких материалов уже была испытана сотрудниками МЧС.

Как видите, нас ждет очень умное текстильное будущее.

Вы занимаетесь бизнесом?

Регистрация товарного знака укрепляет узнаваемость бренда, повышает доверие потребителей, защищает от штрафов и отличает продукцию от конкурентов, не давая им пользоваться вашим именем.