Un tissu intelligent convertit la chaleur en électricité

Imaginez des vêtements qui surveillent votre température, suivent votre activité ou vous gardent au chaud tout seuls, sans avoir besoin d'une source d'énergie externe.

Tout cela, et bien plus encore, est en train de devenir une réalité grâce à la recherche et au développement qui se déroulent à l'intersection de la technologie et de l'habillement. 

Les progrès technologiques ont transformé nos vies en rendant nos téléphones et nos appareils électroménagers plus intelligents. Aujourd'hui, même nos vêtements deviennent intelligents, ouvrant des possibilités qui ouvrent la voie à un avenir passionnant et plus durable.

Le marché mondial des textiles intelligents est déjà évalué à $4,1 milliards d'euros. est prévu pour atteindre $24,5 milliards d'euros d'ici à 2032. Il est intéressant de noter que la récolte d'énergie représente actuellement la plus grande part de ce marché, d'après Marchés et marchés.

La collecte d'énergie consiste à convertir l'énergie ambiante en énergie électrique pour alimenter des appareils électroniques autonomes. Cette énergie peut être récoltée à partir de différentes sources, notamment mécaniques et thermiques. Pour créer des textiles collecteurs d'énergie, des matériaux actifs sont généralement ajoutés à la surface du textile ou tissés ou brodés à l'intérieur. 

Ces tissus intelligents peuvent potentiellement remplacer les piles, qui doivent être rechargées ou remplacées périodiquement parce qu'elles ne contiennent qu'une quantité limitée d'énergie. Dans les applications textiles portables, les piles ont tendance à être des éléments rigides et encombrants qui doivent être retirés avant le lavage et qui doivent donc être améliorés.

Bien qu'il en soit encore à un stade relativement précoce, ce secteur connaît une croissance rapide sous l'effet d'une combinaison de facteurs, notamment les progrès technologiques, la conception, la demande des consommateurs, la miniaturisation et les politiques gouvernementales.

Jetons un coup d'œil sur les innovations passionnantes du secteur et sur le pouvoir littéral des vêtements que nous portons !

Un tissu intelligent pour convertir la chaleur corporelle en électricité

L'un des Les développements les plus récents et les plus passionnants a été réalisée par des chercheurs de l'université de Waterloo en collaboration avec un établissement de pointe en science et ingénierie textiles de l'université de Jiangnan, qui ont créé un tissu intelligent qui convertit l'énergie thermique du corps et la lumière du soleil en énergie électrique.

Ce tissu intelligent est capable de produire de l'énergie, d'observer les paramètres de santé et de suivre l'activité physique. Ces capteurs permettent au tissu de détecter les changements de température et de surveiller la pression, le stress et la composition chimique.

Une application prometteuse de ce tissu est le masque facial intelligent qui peut suivre la température et le rythme de votre respiration ainsi que détecter des produits chimiques pour aider à identifier des maladies telles que le cancer du poumon et les virus. Selon Yuning Li, directeur du laboratoire des matériaux électroniques imprimables à Waterloo et professeur au département d'ingénierie chimique :

"Nous avons mis au point un matériau textile doté de capacités de détection multifonctionnelles et d'un potentiel d'auto-alimentation (qui) nous rapproche des applications pratiques des tissus intelligents".

Le tissu conçu par l'équipe est souple, à base de MXène, thermoélectrique et peut déterminer avec précision les stimuli de déformation et la température. Pour ce faire, l'équipe a développé une couche de polydopamine adhésive (PDA) sur la surface du tissu en nylon, ce qui a facilité la fixation du MXène par liaison hydrogène. 

Le MXène a attiré beaucoup d'attention pour sa rare combinaison de propriétés telles que la structure en couches, la flexibilité, la grande surface, la conductivité électrique et métallique, la biocompatibilité, l'hydrophilie, l'accordabilité de la taille et la richesse de la chimie de surface. L'étude note :

"Le tissu thermoélectrique à base de MXene qui en résulte présente une capacité de détection de la température et une stabilité cyclique exceptionnelles, tout en offrant une excellente sensibilité, une réactivité rapide (60 ms) et une durabilité remarquable en matière de détection de la déformation (3200 cycles)".  

Ce nouveau tissu est non seulement plus rentable, plus durable et plus stable que les autres tissus disponibles sur le marché, mais contrairement aux dispositifs portables actuels qui doivent être fréquemment rechargés, celui-ci peut fonctionner sans nécessiter de source d'énergie externe. Ainsi, la recherche démontre l'énorme potentiel de l'intégration de polymères conducteurs et de MXene avec la technologie moderne des tissus pour l'avancement des tissus intelligents.

Notant les divers progrès réalisés dans le domaine de la technologie, y compris l'IA, qui évolue rapidement pour offrir un traitement avancé des signaux pour la surveillance de la santé et la conservation des aliments et des produits pharmaceutiques, M. Li a fait valoir que toutes ces avancées reposent sur "la collecte de données complètes, ce que les capteurs traditionnels - souvent encombrants, coûteux et peu maniables - sont incapables de faire". C'est pourquoi les capteurs imprimés, intégrés dans des tissus intelligents, sont idéaux pour la collecte et la surveillance continues des données, a ajouté M. Li.

Bien que ce tissu innovant marque un progrès significatif dans la faisabilité de ces applications, les chercheurs vont maintenant se concentrer sur l'amélioration des capacités du tissu et son intégration dans des systèmes électroniques. Une application pour smartphone pourrait également faire partie de ce développement futur afin de suivre et de transmettre les données du tissu aux professionnels de la santé pour un suivi en temps réel et non invasif de la santé.

Les tissus pionniers de l'avenir

Les progrès dans le domaine des vêtements intelligents sont rapides depuis un certain temps. En 2016, des chercheurs de l'Institut de technologie de Géorgie, à Atlanta, ont mis au point des vêtements intelligents. créé un tissu électrique à micro-câbles qui pourrait capter l'énergie de la lumière du soleil et du mouvement.

Pour ce faire, les scientifiques ont tissé des fils avec de fines cellules solaires à base de fibres et des nanogénérateurs triboélectriques. Le tissu intelligent ainsi obtenu avait une épaisseur de 320 μm et pouvait être intégré pour en faire des tentes, des rideaux et divers vêtements. Selon l'étude, le textile peut charger directement un téléphone portable et alimenter en continu une montre électronique.

Les scientifiques de NTU Singapore ont également réussi à développé un "tissu" qui transforme les mouvements du corps en électricité. Pour créer ce tissu extensible et imperméable, les scientifiques ont utilisé un polymère qui convertit la force mécanique, telle que la pression ou l'écrasement, en énergie électrique. Le tissu est composé d'une couche de base en élasthanne extensible et d'une couche de base en polypropylène. est également intégré avec un matériau semblable au caoutchouc qui le rend flexible, solide et imperméable.

Lors d'une expérience, l'équipe a démontré que le fait de tapoter sur un petit morceau de ce tissu produisait de l'énergie électrique capable d'allumer efficacement une centaine de diodes électroluminescentes. De plus, le lavage, le froissement ou le pliage du tissu n'ont pas eu d'incidence négative sur ses performances et ont permis de maintenir une production électrique stable pendant une période pouvant aller jusqu'à cinq mois.

"Nous pensons qu'il pourrait être tissé dans des t-shirts ou intégré dans des semelles de chaussures pour collecter l'énergie des moindres mouvements du corps et alimenter en électricité des appareils mobiles".

- Lee Pooi See, responsable de l'étude, scientifique spécialiste des matériaux et professeur associé à la NTU

Si les tissus intelligents font l'objet de nombreux travaux de recherche et de développement, leur rentabilité reste un défi de taille. Leur manque de praticité peut également poser problème.

Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont développé textiles intelligents de la prochaine génération qui peuvent être produites à peu de frais en utilisant les mêmes machines que pour les vêtements conventionnels. Les chercheurs ont d'abord démontré que l'enduction de fibres avec des matériaux capables de résister à l'étirement pouvait être compatible avec les processus de tissage conventionnels. Aujourd'hui, les textiles intelligents peuvent également être fait à l'aide de processus automatisés, sans limite de taille ou de forme. 

Ce n'est qu'un début, car tout cet intérêt pour les textiles intelligents débouche sur de nombreuses autres innovations intéressantes. Par exemple, ces progrès ont également conduit à la mise au point d'un dispositif portable qui peut être intégré dans un tissu ou porté comme une veste. Il peut camoufler son porteur à l'aide de capteurs de détection de chaleur, tels que des lunettes de vision nocturne, quelles que soient les conditions météorologiques. 

Alors que la surface de l'appareil se réchauffe ou se refroidit rapidement pour s'adapter aux températures ambiantes, cachant la chaleur corporelle de l'utilisateur, l'intérieur reste à la même température que la peau humaine.

Parallèlement, à l'université nationale de Singapour, des chercheurs ont mis au point un dispositif de génération d'électricité par l'humidité (MEG) à partir de tissu, de sel marin, d'encre de carbone et d'un gel spécial absorbant l'eau. En gardant une extrémité du tissu toujours humide et l'autre sèche, le tissu recouvert de carbone a généré un courant électrique capable de produire de l'électricité pendant plus de 150 heures. Agissant essentiellement comme une batterie, il a fourni une puissance électrique supérieure à celle d'une pile AA classique, ce qui montre qu'il est possible d'alimenter des appareils électroniques de tous les jours.

Le concept de l'appareil MEG repose sur la capacité de différents matériaux à générer de l'électricité à partir de l'interaction avec l'humidité de l'air. Cela démontre qu'il convient à diverses utilisations pratiques, telles que l'électronique portable et les dispositifs de stockage d'informations.

Des ingénieurs ont également fabriqué des transistors et des dispositifs électroniques à partir de fils. L'une de ces recherches a consisté à tisser des fils minces dans du tissu pour créer des dispositifs électroniques qui, à leur tour, peuvent être utilisés pour la production d'électricité. peut être porté sur la peau ou implantés chirurgicalement à des fins de surveillance diagnostique. 

Les premiers transistors à fil (TBT) ont été combinés à des capteurs à fil pour permettre la création de dispositifs multiplexés entièrement flexibles. Le TBT utilisé ici consistait à recouvrir un fil de lin de nanotubes de carbone afin de créer une surface semi-conductrice permettant aux électrons de se déplacer, puis à le fixer à deux minces fils d'or, dont l'un était relié à un gel infusé dans l'électrolyte. 

Selon l'auteur de l'étude, Sameer Sonkusale, professeur d'ingénierie électrique et informatique à la Tufts University School of Engineering :

"Il existe de nombreuses applications médicales dans lesquelles la mesure en temps réel des biomarqueurs peut être importante pour le traitement des maladies et le suivi de la santé des patients. La capacité d'intégrer complètement un dispositif de surveillance diagnostique souple et pliable que le patient remarque à peine pourrait s'avérer très puissante."

Des tissus intelligents pour s'adapter aux changements de température 

Une autre dimension des textiles intelligents explorée est le tissu adaptable à la température, qui améliore l'efficacité énergétique en réduisant le besoin de systèmes de chauffage ou de refroidissement alimentés.

Dans ce contexte, une nouvelle recherche de l'université polytechnique de Hong Kong, publiée cette semaine, présente des vêtements robotiques souples respirants et isolés thermiquement qui peuvent s'adapter automatiquement aux changements de température ambiante, contribuant ainsi à assurer la sécurité des travailleurs dans les environnements chauds. 

Il y a quelques années, une recherche intéressante de l'American Chemical Society a porté sur la mise au point d'un matériau qui rafraîchit son porteur sans utiliser d'électricité, en transférant la chaleur et en permettant à l'humidité de s'évaporer de la peau.

La climatisation et les autres méthodes de refroidissement étant responsables d'une part importante de la consommation d'électricité aux États-Unis, les chercheurs ont adopté une approche ciblée, en refroidissant le corps d'une personne plutôt qu'une pièce entière.

Bien que les vêtements et les textiles soient déjà conçus à cette fin, la plupart d'entre eux ont un coût élevé, une faible capacité de refroidissement et une grande consommation d'électricité. Les chercheurs ont donc fabriqué le nouveau matériau en électrofilant un polymère, en particulier un polymère hydrophobe, et une charge thermoconductrice en membranes nanofibres. 

Ces membranes ont des pores suffisamment larges pour permettre à la sueur de s'évaporer de la peau et à l'air de circuler tout en repoussant l'eau de l'extérieur. L'étude indique qu'outre le refroidissement personnel, la membrane pourrait également être utile pour le dessalement de l'eau de mer, la collecte de l'énergie solaire et la gestion thermique des appareils électroniques.

L'American Chemical Society a également présenté un nouveau textile qui permet non seulement de rester au frais en été, mais aussi de rester au chaud en hiver, ce qui le rend unique à cet égard. Si les textiles intelligents ont connu Bien qu'il soit possible de réchauffer ou de rafraîchir l'utilisateur, il n'existe pas vraiment de tissu capable de faire les deux. Ce tissu résistant et confortable ne nécessite pas d'apport d'énergie.

Pour créer ce tissu intelligent, les scientifiques ont lyophilisé du chitosan, qui provient du squelette externe d'un crustacé, et de la soie, pour obtenir des fibres colorées dotées de microstructures poreuses, qui sont ensuite remplies d'un polymère à changement de phase appelé polyéthylène glycol (PEG). Le fil a été enduit de polydiméthylsiloxane afin que le PEG liquide, qui absorbe et libère l'énergie thermique, ne s'écoule pas.

Les chercheurs ont testé le tissu, qui s'est avéré flexible, solide et hydrofuge, en le tissant dans une pièce de tissu qui a ensuite été incorporée dans un gant en polyester. Lorsqu'il est porté par une personne et placé dans une chambre chaude (122°F), le PEG solide absorbe la chaleur et fond en liquide, refroidissant ainsi la peau. Inversement, lorsqu'il est exposé au froid (50°F), le PEG se solidifie, libère de la chaleur et réchauffe la peau.

Selon les chercheurs, le tissu peut être agrandi pour la production de masse parce qu'il est compatible avec l'industrie textile existante.

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Entreprises impliquées dans les tissus intelligents collecteurs d'énergie

Voyons maintenant les entreprises qui innovent dans le domaine des tissus intelligents :

#1. Adidas

L'entreprise a lancé la première paire de chaussures intelligentes il y a dix ans. Ces chaussures étaient équipées d'un capteur, d'un microprocesseur, d'un moteur électrique et d'un matériau textile électronique intelligent.

En 2021, Adidas dévoilé sa nouvelle innovation textile, STRUNG, qui est décrite en tant que processus textile et de création inédit dans l'industrie. Cette innovation permet à Adidas de construire et de tester différentes structures avant d'envoyer le modèle choisi au robot STRUNG. Ce concept de produit est une chaussure entièrement basée sur des données et destinée à un profil de coureur spécifique.

Adidas a une capitalisation boursière de $43 milliards, et ses actions se négocient à $119,58, en hausse de 16,74% depuis le début de l'année. Son BPA (TTM) est de -0,37, et son P/E (TTM) est de -325, tandis que le rendement du dividende payé est de 0,32%, selon CNBC. Pour le 2e trimestre 2024, la société allemande de vêtements de sport a déclaré 5,82 milliards d'euros de revenus, 196,0 millions d'euros de revenus nets et une marge bénéficiaire de 3,4%, en hausse par rapport à 1,6% au 2e trimestre 23.

#2. DuPont De Nemours

Dans le monde des vêtements intelligents, DuPont a lancé des liens électroniques extensibles via Intexar™. Cette technologie de vêtements intelligents transforme des tissus ordinaires en vêtements actifs et intelligents qui fournissent des données biométriques essentielles telles que la fréquence cardiaque, le rythme respiratoire et la tension musculaire.

DuPont a une capitalisation boursière de $33,47 milliards, et ses actions se négocient à $80,19, en hausse de 4,22% depuis le début de l'année. Son BPA (TTM) est de 0,72 et son P/E (TTM) de 111,16, tandis que le rendement du dividende versé est de 1,90%, selon CNBC. Pour le T2 2024, la société a annoncé une augmentation de 2% des ventes nettes à $3,2bln et un flux de trésorerie disponible ajusté en hausse de 53% à $425mln.

Parmi les autres grands noms qui travaillent sur les vêtements intelligents, citons la société britannique Pireta, qui a mis au point un procédé additif unique permettant d'ajouter de la conductivité aux tissus sans nuire à la performance ou au drapé du vêtement. Il y a aussi la veste Solar Charged de Collebak, qui absorbe la lumière le jour et l'émet la nuit. L'e-skin de Xenoma, quant à elle, est une chemise intelligente équipée de capteurs qui surveillent les mouvements du corps et les données physiologiques. OMSignal propose des vêtements à biodétection qui utilisent des textiles à récupération d'énergie pour alimenter des capteurs intégrés dans le tissu afin de surveiller le rythme cardiaque, la respiration et d'autres signes vitaux.

Applied Materials, Nike, SolarEdge Technologies, Smartex et Sensoria travaillent également dans ce domaine. 

En Europe, plusieurs entreprises se sont regroupées pour lancer le projet GRAPHERGIACe projet vise à transformer la façon dont l'énergie est exploitée dans les textiles et les systèmes de batteries. Le projet a été lancé à la fin de l'année dernière pour mettre au point des textiles intelligents qui s'adaptent au corps et se chargent eux-mêmes.

"Nous imaginons un monde où vos vêtements ne se contentent pas d'être beaux : ils alimentent vos appareils, font office de capteurs et vous connectent de manière transparente à l'internet des objets (IoT)."

- Spyros Yannopoulos, coordinateur du projet GRAPHERGIA

Conclusion 

Toutes ces innovations passionnantes dont nous avons parlé plus haut ont fait de la mode un moyen non seulement d'exsuder le pouvoir en apparence, mais aussi de se faire remarquer. mais aussi de produire littéralement de l'énergie. En intégrant les textiles aux capteurs d'énergie, nous pouvons également disposer de solutions énergétiques portables respectueuses de l'environnement, omniprésentes et durables. 

Les tissus à faible consommation d'énergie apparaissent clairement comme l'avenir de la mode et ouvrent la voie à un tout nouveau monde de technologie vestimentaire. La seule limite est notre imagination.

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