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Bologna 26 Aprile 2005 Sistemi indossabili basati sull'uso di tessuti elettronici Università di Pisa Centro Interdipartimentale di Ricerca E.Piaggio Alessandro.

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1 Bologna 26 Aprile 2005 Sistemi indossabili basati sull'uso di tessuti elettronici Università di Pisa Centro Interdipartimentale di Ricerca E.Piaggio Alessandro Tognetti, Danilo De Rossi La ricerca italiana per il tessile-abbigliamento europeo Bologna, 26 Aprile 2005

2 Bologna 26 Aprile 2005 Tessuti elettronici (e-textiles) Sistemi tessili che integrano diverse funzionalità: –Sensori –Attuatori –Elettronica/processing –Energy harvesting/storage

3 Bologna 26 Aprile 2005 Tessuti elettronici Monitoraggio segnali vitali –Ecg, emg, suoni cardiaci, respiro, temperatura interna Monitoraggio tramite biosensori –Sudore, O2, CO Sensori esochimici –Rilevamento gas tossici Monitoraggio postura e movimento Energy harvesting/storage –Calore, movimento, supercondensatori Attuazione – Deformazione, riscaldamento raffreddamento, generzione di luce Telecomunicazioni –Antenne tessili

4 Bologna 26 Aprile 2005 e-textiles Movement and activity monitoring: wearable strain sensors for posture and gesture analysis Health monitoring: wearable bionsensors and and electrodes for vital signs detection Sport medicine: training or accident prevention Telemedicine: -wearable electronics for signal elaboration and data teletransmission -wearable master-slave interfaces for telesurgery Teleassistance: wearable electronics for wireless communication Virtual- augmented reality: sensorised and actuated man-machine wearable interfaces Rehabilitation: wearable actuators for physiotherapy or compensation of disabilities

5 Bologna 26 Aprile 2005 E-Textiles

6 Bologna 26 Aprile 2005 Fili metallici Fili contenenti fibre conduttive (es: acciaio inossidabile) mescolate con fibre naturali o sintetiche Fili realizzati con polimeri caricati (carbon black) Fili realizzati con fibre di polimero conduttore (polyanilina, polypirrolo) Fili realizzati con nanofibre (nanotubi di carbonio, nanofibre di polimero conduttore) Filati conduttivi per sensori ed elettrodi Filati con proprietà elettriche: - conduttori - semiconduttori - piezoresistivi

7 Bologna 26 Aprile 2005 Filati conduttivi per sensori ed elettrodi Tessuti intelligenti – sensori, elettrodi, interconnessioni elettriche, alimentazione elettrica Tessuti anti-statici Isolamento elettromagnetico Tessuti termolegolati Antenne su tessuto

8 Bologna 26 Aprile 2005 Fibre e fili metallici Bekinox® VN: filo continuo (multi- filamento), 100 % acciaio inossidabile Bekinox® VS: feltro composto al 100% da fibre di acciaio inossidabile BEKITEX® BK 50: filo conduttivo elastico

9 Bologna 26 Aprile 2005 Fili contenenti fibre piezoelettriche Fibre di PVDF Fibra piezoelettrica Core metallico Co-estrusione del materiale con fili metallici Polarizzazione

10 Bologna 26 Aprile 2005 Tessuti piezoelettrici Sensing meccanico –Segnali vitali (battito cardiaco, respiro, suoni cardiaci) –Sensori di impatto Energy Harvesting -Recupero energia dal movimento

11 Bologna 26 Aprile 2005 Nanofibre Caratteristiche meccaniche fibre crescono al diminuire del diametro Diametro < 1µm Metodi di spinning meccanici (Diametri > 10 µm) Electrospinning Aspettative: alta forza assiale, alta flessibilità Rapporto superficie/peso molto alto Applicazioni –Protetcive clothing, tessuti conduttivi, tessuti semiconduttori, tessuti piezoresistivi

12 Bologna 26 Aprile 2005 Electro-spinning Wet-spinning Dry-spinning Extrusion

13 Bologna 26 Aprile 2005 Electro-spinning nanofibre l < 1 m Diametro nm

14 Bologna 26 Aprile 2005 Nanotubi di carbonio (CNT) Molecole di carbonio cilindriche (larghezza ~ nm) Altissima resistenza meccanica (~ GPa), eccellenti proprietà elettriche (conduttori o semiconduttori), efficenti conduttori di calore, trasduzione elettromeccanica (sensori/attuatori) Nanotubi di carbonio realizzati tramite CVD (Chemical Vapor Deposition) Obiettivo: riportare le proprietà di un singolo nanotubo su scala macroscopica

15 Bologna 26 Aprile 2005 Fibre di Nanotubi di carbonio SEM di un filo di CNT (scala 25 m) 15 m diametro

16 Bologna 26 Aprile 2005 Nanotubi di carbonio: applicazioni Fibre polimeriche conduttive –Sensori, attuatori –Super condensatori, batterie –Interconnessioni –Antenne Fibre con altissima resistenza meccanica Tessuto con fibre di CNT Nano Tech Institute University of Dallas

17 Bologna 26 Aprile 2005 Nanofibre Nanofibre di polyanilina / polyanilina- Polyethylene –Electrospinning (d < 100nm, conducibilità 0.76 S/cm) Nanofibre piezoelettriche –Polimeri caricati con con nano-particelle ceramiche (PMN-PT) –Polarizzazione

18 Bologna 26 Aprile 2005 Tessuti piezoresistivi Elastomeri conduttivi/lycra®

19 Bologna 26 Aprile 2005 Tessuti piezoresistivi Elastomeri conduttivi/lycra®

20 Bologna 26 Aprile 2005 Indumenti sensorizzati

21 Bologna 26 Aprile 2005 Indumenti sensorizzati Polso Spalla

22 Bologna 26 Aprile 2005 Elettrodi e sensori su tessuto Thoracic respiration Abdominal respiration Elbow articulation Shoulder articulation EMG triceps EMG biceps ECG (Einthovens triangle) RA LA LF Precordial leads Electromyogram Electrocardiogram Respiratory signal

23 Bologna 26 Aprile 2005 Elettrodi e sensori su tessuto impedance pneumography

24 Bologna 26 Aprile 2005 Rilevazione segnali vitali ECG (elettrodi su tessuto/standard Red Dot) Einthoven derivazione D1

25 Bologna 26 Aprile 2005 Rilevazione segnali vitali EMG


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