Het is ingenieurs van het Amerikaanse MIT gelukt om leds, lichtgevoelige cellen en elektradraad in te bouwen in kunststof garen. Met dat garen kan je kleding weven, en het is zelfs mogelijk twee overhemden met elkaar te laten communiceren.

De onderzoekers publiceerden over het elektronische garen in het tijdschrift Nature. Het bijzondere van het elektronische draad is dat het op dezelfde manier wordt geproduceerd als gewoon garen van kunststof. Een kunststof staaf met een diameter van zo'n 2,5 centimeter wordt verhit tot zo’n 270 graden Celsius en vervolgens uitgetrokken tot een draad van 0,5 millimeter. Dat maakt de techniek geschikt om op grote schaal toe te passen. Bovendien doorstaat de elektronica, die volledig door het kunststof is ingekapseld, alle mogelijke handelingen als weven, vouwen, wassen en dergelijke.


Elektronica inbouwen

Waar de productie afwijkt van normaal is de fase voorafgaand aan het rekken van de draad: de elektronica moet eerst in het uitgangsmateriaal worden ingebouwd. Dat gebeurt door die laagsgewijs op te bouwen, met in de onderste laag een dunne stroomdraad van koper of wolfraam, op een volgende laag microleds (Cree) of lichtgevoelige fotodiodes (Broadcom), en in de laag die daar bovenop komt de tweede stroomdraad. Het geheel wordt dan op elkaar geplakt en vervolgens verhit om er een draad van te trekken.


Stapelen

Tijdens dat trekken wordt de draad een factor 40 langer, maar de 50 micrometer dunne elektrische draden kunnen niet uitrekken. Dus die moeten tijdens het trekken van de draad voortdurend worden toegevoerd. De ledjes blijven intact, maar komen tijdens het trekken wel op een grotere afstand van elkaar te liggen. Als je meer ledjes in de kleren wil moet je in het beginmateriaal leds en draden meerdere keren stapelen. De ingenieurs bereikten zo een led-afstand van 17 centimeter, zij het dat het garen dan wel evenzoveel dikker is, in de orde van millimeters.
 

Het maken van elektronisch garen: a) elektronica inleggen b) uittrekken en stroomdraad toevoeren. De stroomdraden komen vanzelf tegen de leds.


Vanzelf elektrisch contact

Het mooie van dit elektronisch garen is dat de stroomdraden vanzelf naar de diodes toe bewegen en zo uiteindelijk elektrisch contact maken. Het kunststof tussen de leds voorkomt dat er kortsluiting ontstaat. De diodes in het garen zijn zo allemaal parallel geschakeld en via de twee stroomdraden aan het uiteinde van het garen van stroom te voorzien. En zo is ook bij de fotodiodes het signaal uit te lezen.

Omdat de elektronica helemaal in het garen is ingebed, blijkt die ook bestand tegen alle handelingen die normaal op garen worden losgelaten, zoals weven, vouwen, in het water leggen of wassen met een wasmachine.


Pratende overhemden

De combinatie van led en fotodiode maakt het mogelijk om kledingstukken van deze stof met elkaar te laten communiceren. Als de leds knipperden werd dat gezien door het garen met de fotodiodes erin. Op die manier konden twee overhemden, elk met diodes en lichtdetectoren, met elkaar communiceren.
 

Communicerende overhemden: het linker zendt een bloksignaal uit, de grafiek toont het gemeten signaal van het overhemd rechts.

 

Lenswerking van de kunststof.

De omhulling met kunststof leverde nog een andere verrassende mogelijkheid: door het garen ter plekke van de diode en de fotodiode iets dikker te maken ontstond er een soort lenswerking. Daardoor is het licht van het overhemd op grotere afstand te zien.

Textiel uitrusten met elektronica is niet nieuw. De elektronica aan het textiel vastplakken, waarbij het de kunst is te zorgen dat de elektronica voldoende flexibel is (lees ook: ‘Beeldscherm van leds in kleding’), bestaat al lang. Het lukte ook wel eerder om elektronica in garen te integreren, maar dat kon alleen bij garen dat ontstaat vanuit een viskeuze vloeistof.
 

Foto's: Greg Hren/owner Michael Rein and Yoel Fink