Investigadores del MIT han logrado dar un paso fundamental para el desarrollo de ropa inteligente al poder incorporar en tejidos dispositivos semiconductores optoelectrónicos, incluidos diodos emisores de luz (LEDs) y diodos fotodetectores. El resultado es un tipo de hardware blando que puede ser tejido para prendas de ropa con dispositivos electrónicos incorporados.

Según los investigadores, este descubrimiento podría desatar una nueva “Ley de Moore” para las fibras, es decir, un crecimiento exponencial en las capacidades de las mismas, al igual que ha pasado con los microchips en las últimas décadas.

Los hallazgos han sido descritos el pasado mes de agosto en la revista Nature, en un artículo elaborado por el ex estudiante de grado en el MIT Michael Rein; su asesor de investigación Yoel Fink, profesor de ciencia de materiales e ingeniería eléctrica del MIT; junto con un equipo del MIT, AFFOA, Inman Mills, EPFL en Lausana, Suiza y Lincoln Laboratory.

Las fibras ópticas se han producido tradicionalmente mediante la fabricación de un objeto cilíndrico denominado “preforma”, que es esencialmente un modelo a escala de la fibra, que luego se calienta. El material ablandado se estira y la fibra resultante se recoge en un carrete.

El avance clave para la producción de estas nuevas fibras fue agregar a la preforma diodos semiconductores emisores de luz del tamaño de un grano de arena, y un par de cables de cobre del tamaño de una fracción de un pelo. Cuando se calienta en un horno durante el proceso de trefilado de la fibra, la preforma del polímero se licua parcialmente, formando una fibra larga con los diodos alineados a lo largo de su centro y conectados por los cables de cobre.

En este caso, los componentes sólidos fueron dos tipos de diodos eléctricos fabricados con tecnologías estándar: diodos emisores de luz (LED) y diodos fotosensibles. Tanto los dispositivos como los cables mantienen sus dimensiones mientras todo se encoge a su alrededor. La fibras resultantes fueron luego tejidas en telas, las cuales se lavaron 10 veces para mostrar su practicidad como material para la fabricación de ropa.

“Este enfoque agrega una nueva visión del proceso de fabricación de fibras”, dice Rein, quien fue el autor principal del artículo. “En lugar de reunir todo el material en estado líquido, mezclamos los dispositivos en formas de partículas, junto con delgados cables de metal”.

Una de las ventajas de incorporar la función en el material de la fibra en sí es que la fibra resultante es intrínsecamente impermeable. Para demostrar esto, el equipo colocó algunas de las fibras fotodetectoras dentro de una pecera. Una lámpara fuera de la pecera transmitía música a través del agua a las fibras en forma de señales ópticas rápidas. Las fibras en el tanque convirtieron los pulsos de luz, tan rápidos que la luz parece constante a simple vista, en señales eléctricas que luego se convirtieron en música. Las fibras sobrevivieron al agua durante semanas.

Aunque el principio parece simple, hacer que funcione de manera fiable y lograr fabricar fibras en cantidad, ha sido un proceso largo y difícil. Personal del Advance Functional Fabric of America Institute (AFFOA), dirigido por Jason Cox y Chia-Chun Chung, desarrolló nuevos caminos para incrementar el rendimiento y la fiabilidad general, haciendo que estas fibras estén listas para la industria. Al mismo tiempo, Marty Ellis de Inman MIlls desarrolló técnicas para tejer estas fibras en telas utilizando un telar convencional de escala industrial.

“El artículo publicado describe una ruta escalable para incorporar dispositivos semiconductores a las fibras. Estamos anticipando la aparición a algo análogo a la “ley de moore” en las fibras para los próximos años”, asegura Fink. “Esto nos permite expandir las capacidades fundamentales de los tejidos para abarcar campos como la comunicación, iluminación, monitorización fisiológica, y más. En los próximos años, las telas ofrecerán servicios de valor agregado y ya no serán seleccionadas solo por su estética y comodidad”.

Los investigadores afirman que los primeros productos comerciales que incorporan esta tecnología llegarán al mercado el próximo año. Una progresión extraordinariamente corta desde la investigación en laboratorio hasta la comercialización. Estas aplicaciones iniciales serán productos especializados que implican comunicaciones y seguridad.

Más allá de las comunicaciones, la fibras podrían tener aplicaciones significativas en el campo biomédico. Por ejemplo, los dispositivos que usan tales fibras pueden usarse para hacer una pulsera que pueda medir el pulso o los niveles de oxígeno en la sangre, o se puede tejer en una venda para monitorear continuamente el proceso de curación.

La investigación fue financiada en parte por el MIT Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) a través del Programa MRSEC de la National Science Foundation, por el US Army Research Laboratory y la US Army Research Office a través del Institute for Soldier Nanotechnologies. Este trabajo también fue apoyado por el Subsecretario de Defensa de Investigación e Ingeniería.

Créditos Imágenes: MIT