Pakaian Pintar yang Diisi Daya Nirkabel Sekarang Mungkin dengan Terobosan Tinta MXene

Kemajuan teknologi telah membuat segala sesuatu menjadi pintar hari ini, mulai dari ponsel, kulkas, TV, jam tangan, sepeda, mobil, dan dompet hingga oven, kacamata, bel pintu, termostat, dan sikat gigi.

Hal lain yang juga menjadi pintar dan mungkin tidak Anda duga adalah pakaian Anda. Betul! Bahkan pakaian dan tekstil menjadi pintar. Bayangkan tekstil yang dapat merasakan dan merespons suhu, gerakan, dan tekanan Anda.

Ketersediaan tekstil yang meluas, serta luas permukaannya yang besar dan kedekatannya dengan pengguna, sebenarnya menjadikan integrasi fungsi ke dalamnya sebagai usaha yang menjanjikan.

Meskipun banyak merek fashion terkemuka telah membuat janji, pakaian pintar dengan sensor dan tekstil generasi berikutnya belum menjadi bagian rutin dalam kehidupan sehari-hari kita. Hal ini disebabkan karena elektronik berbasis tekstil atau e‑textile memerlukan sumber daya pada tekstil, yang dapat berdampak negatif pada kenyamanan pengguna.

Sebagai alternatif, jalur pemanen energi pada pakaian telah diambil. Perangkat fotovoltaik adalah contoh perangkat yang menghasilkan output yang wajar namun dengan tegangan yang relatif rendah. Selain itu, mereka memiliki metode fabrikasi yang rumit dan memerlukan cahaya untuk menyuplai daya. Piezoelektrik adalah contoh lain yang menghasilkan tegangan signifikan tetapi menyediakan arus dalam kisaran mikroampere (μA).

Di sini, pengisian nirkabel dapat menawarkan keuntungan signifikan, dengan peneliti beralih ke MXene dan mengintegrasikannya langsung ke dalam tekstil.

Untuk membantu menjadikan e‑textile bagian dari lemari pakaian kami, peneliti dari Drexel University bekerja sama dengan Accenture Labs di California untuk membangun jaringan energi tekstil lengkap yang dapat diisi daya secara nirkabel.

Menjelaskan proses dan kelayakan membangun jaringan, studi terbaru, yang didukung oleh National Institutes of Health, melaporkan penggunaan tinta yang terdiri dari MXene untuk mencetak pada tekstil katun nonwoven.

Pencetakan ini dapat dilakukan dengan mudah menggunakan metode pencetakan langsung, dan tinta dapat dikeringkan pada suhu ruangan serta diaplikasikan ke tekstil.

Jaringan energi pada pakaian dari Drexel University dapat menyalakan perangkat elektronik dunia nyata, termasuk sensor sEMG, dan mentransmisikan data secara waktu nyata. Tim juga menciptakan pemanas joule nirkabel, yang langsung diberdayakan oleh kumparan MXene mereka.

MXene: Nanomaterial 2D dengan Kemungkinan Tak Terbatas

Diciptakan di Drexel sendiri, MXene adalah jenis nanomaterial yang tidak hanya sangat konduktif tetapi juga cukup tahan lama untuk menahan pencucian, peregangan, dan pelipatan yang harus dihadapi pakaian.

Selain konduktivitas alaminya, MXene tidak tembus terhadap radiasi elektromagnetik dan dapat terdispersi dalam air sebagai larutan koloidal yang stabil. Hal ini memungkinkan pelapisan tekstil dengan MXene secara mudah tanpa memerlukan bahan kimia tambahan. MXene juga menunjukkan super‑superkapasitansi dan menjanjikan dalam sensor. Nanoflake ini dapat ditempatkan di mana saja dan pada hampir semua permukaan.

Semua kualitas ini memberi MXene keunggulan khusus dibandingkan bahan lain dan menjadikannya kandidat ideal untuk diintegrasikan ke dalam tekstil guna menambah fungsi serta menghasilkan dan menyimpan energi listrik. Seperti yang dicatat Drexel University:

“Kemungkinan untuk MXene tidak terbatas.”

Sebagai contoh, peneliti telah mengembangkan strategi yang dapat diskalakan untuk memproduksi film berkinerja tinggi dari flake titanium karbida MXene yang memiliki aplikasi menjanjikan di bidang kedirgantaraan, biomedis, dan perangkat elektronik fleksibel. Di tempat lain, ilmuwan telah menemukan sifat p‑type pada material MXene baru untuk meningkatkan potensinya dalam aplikasi nanoteknologi. Tim lain sedang membuka potensi MXene dalam katalisis untuk memfasilitasi penggunaan amonia sebagai pembawa hidrogen bagi penyimpanan energi terbarukan.

Sebenarnya lebih dari satu dekade yang lalu, peneliti Drexel di Departemen Ilmu dan Teknik Material Fakultas Teknik menemukan keluarga 2D karbida atau nitrida ini. Hanya beberapa atom tebal, struktur material tersebut menunjukkan potensi luar biasa dalam hal atribut dan penggunaannya.

Tidak hanya ada satu MXene; ada banyak jenis yang berbeda dengan masih banyak kemungkinan lainnya.

“Langit benar‑benar batasnya.”

– Yury Gogotsi, seorang profesor di College of Engineering Drexel dan direktur A.J. Drexel Nanomaterials Institute, bertahun‑tahun yang lalu

Kemudian, para peneliti mulai mengeksplorasi kemungkinan mengadaptasi MXene sebagai lapisan yang dapat memberikan berbagai material sifat luar biasa.

Sekarang, dengan bukti konsep terbaru, Universitas telah membuat perkembangan besar lainnya, yang merupakan langkah signifikan bagi teknologi yang dapat dipakai, saat ini terbatas oleh penggunaan baterai besar dan kaku yang tidak sepenuhnya terintegrasi ke dalam pakaian.

Membahas bagaimana pasokan energi yang besar dan memerlukan komponen kaku tidak ideal, pemimpin studi, Gogotsi, menjelaskan bahwa mereka hanya membuat tidak nyaman dan mengganggu bagi pemakai.

Sementara e‑textile dapat dicolokkan ke dinding, daya langsung membatasi gerakan. Ia menambahkan:

“(Mereka juga) cenderung gagal pada antarmuka antara elektronik keras dan tekstil lembut seiring waktu.”

Antarmuka ini dapat mengurangi kenyamanan pengguna dan rentan terhadap kegagalan mekanis. Kemudian ada masalah kemampuan mencuci e‑textile, yang cukup sulit diatasi.

Jadi, tim peneliti Drexel mencetak jaringan tekstil pada substrat katun yang fleksibel dan ringan, yang hanya berukuran patch kecil.

Selain itu, jaringan tersebut memiliki kumparan resonator tercetak, disebut MX‑coil, yang mengubah gelombang elektromagnetik menjadi energi untuk memungkinkan pengisian nirkabel. Ada juga tiga superkapasitor tekstil yang menyimpan energi dan digunakan untuk menyalakan perangkat.

Klik di sini untuk mempelajari tentang kain yang dapat mengubah panas menjadi listrik.

Superkapasitor ‘Patch’ untuk Penyimpanan Energi

Sumber: Drexel University

Setelah mempelajari daya tahan, konduktivitas listrik, dan kapasitas penyimpanan energi pada tekstil yang difungsikan dengan MXene yang belum dioptimalkan untuk menyalakan elektronik selain perangkat pasif seperti lampu LED, Drexel dan Accenture Labs mengembangkan superkapasitor ini tahun lalu.

Pada saat itu, tim melaporkan bahwa superkapasitor dapat mengisi daya dalam hitungan menit dan kemudian menyalakan sensor suhu serta komunikasi radio data selama sekitar dua jam.

Gogotsi, yang menjadi co‑author studi tersebut, juga mencatat pada saat itu bahwa untuk sepenuhnya mengintegrasikan teknologi ke dalam kain, kita juga harus dapat mengintegrasikan sumber dayanya secara mulus.

“Penemuan kami menunjukkan jalur ke depan untuk perangkat penyimpanan energi tekstil.”

– Gogotsi

Kemudahan MXene menempel pada kain memungkinkan superkapasitor Drexel menampilkan densitas energi tinggi dan mendukung aplikasi fungsional, yang diperlukan untuk menerapkan penyimpanan energi berbasis tekstil dalam aplikasi dunia nyata.

Patch superkapasitor tekstil MXene dirancang dengan tujuan memaksimalkan kapasitas penyimpanan energi menggunakan material minimal dan ruang kecil. Dengan cara ini, biaya produksi keseluruhan berkurang dan sekaligus mempertahankan fleksibilitas serta kenyamanan pakaian.

Sekarang, untuk membuat superkapasitor, potongan kecil tekstil katun tenun dicelupkan ke dalam larutan MXene. Kemudian dilapisi pada gel elektrolit lithium klorida. Setiap sel superkapasitor memiliki dua lapisan tekstil, yang dilapisi dengan MXene.

Untuk memiliki patch yang dapat menggerakkan perangkat, lima sel ditumpuk dengan area 25 sentimeter persegi untuk membuat paket daya yang dapat mengisi hingga 6 volt. Sel-sel tersebut juga disegel vakum untuk mencegah penurunan kinerja.

Superkapasitor dari tim tersebut mampu menyalakan mikrokontroler Arduino Pro Mini 3.3V, yang merupakan salah satu output daya total tertinggi yang pernah tercatat untuk perangkat energi tekstil.

Mikrokontroler juga dapat mentransmisikan suhu secara nirkabel setiap 30 detik selama 96 menit. Kinerja ini dipertahankan secara konsisten selama lebih dari 20 hari.

Memungkinkan Pengisian Nirkabel dalam Tekstil

Setelah menciptakan perangkat penyimpanan energi, yaitu superkapasitor, yang memberikan energi lebih cepat daripada baterai, tim mulai mengerjakan jaringan tekstil, yang mencakup MX‑coil dan tiga superkapasitor tekstil.

Tim menunjukkan efektivitas sistemnya dalam menyalakan berbagai penggunaan e‑textile. Misalnya, jaringan yang dikembangkan dapat mengisi daya secara nirkabel pada 3,6 volt, yang cukup untuk menyalakan sensor yang dapat dipakai serta jam tangan dan kalkulator. Selain perangkat kecil, jaringan tersebut juga memiliki kapasitas untuk menyalakan sirkuit digital dalam komputer.

Setelah menguji jaringan dengan perangkat elektronik kecil, ditemukan bahwa dengan mengisi daya selama hanya 15 menit, jaringan dapat menghasilkan energi yang cukup untuk menyalakan perangkat kecil selama lebih dari 90 menit.

Selain itu, setelah menjalani siklus pencucian dan pembengkokan yang ekstensif untuk mensimulasikan keausan pakaian biasa, peneliti menemukan bahwa kinerja jaringan hampir tidak berkurang.

Dipimpin oleh Flavia Vitale, PhD, seorang associate professor neurologi, kolaborator dari University of Pennsylvania juga mengujinya untuk elektroda biosensor berbasis MXene nirkabel yang disebut MXtrodes yang memantau gerakan otot.

Selain aplikasi pada pakaian yang memerlukan penyimpanan energi, tim menunjukkan kasus penggunaan yang mungkin tidak memerlukan penyimpanan energi, seperti “situasi dengan pengguna yang relatif sedentari,” kata Alex Inman, PhD, asisten peneliti bersama Gogotsi di A.J. Drexel Nanomaterials Institute.

Dalam hal ini, tim menggunakan sistem untuk menyalakan rangkaian sensor suhu dan kelembaban siap pakai bersama mikrokontroler untuk menyiarkan data yang mereka kumpulkan secara waktu nyata. Pengisian nirkabel selama setengah jam saja cukup untuk memberi daya pada fungsi intensif energi berupa siaran waktu nyata dari sensor selama 13 menit.

MX‑coil selanjutnya digunakan untuk menyalakan elemen pemanas tercetak pada tekstil, yaitu pemanas Joule. Ia menghasilkan kenaikan suhu sekitar 4 derajat Celsius sebagai bukti konsep. Menurut Gogotsi:

“Berbagai teknologi dapat diberdayakan oleh pengisian nirkabel. Hal utama yang perlu dipertimbangkan saat memilih aplikasi adalah bahwa aplikasi tersebut harus masuk akal untuk penggunaan yang dapat dipakai.”

Sementara sensor biologis, sebagai masa depan perawatan kesehatan, dapat diintegrasikan langsung ke dalam tekstil untuk meningkatkan kualitas dan keandalan data serta meningkatkan kenyamanan pengguna, Gogotsi menyatakan bahwa penelitian mereka menunjukkan bahwa jaringan daya berbasis tekstil dapat menyalakan sejumlah perangkat periferal.

Dari haptik yang dapat dipakai untuk aplikasi AR/VR seperti hiburan dan pelatihan hingga LED berbasis serat untuk fashion atau keselamatan kerja dan mengendalikan elektronik eksternal, jaringan daya berbasis tekstil mereka telah menunjukkan berbagai potensi kasus penggunaan.

Walaupun merupakan pencapaian besar, pekerjaan lebih lanjut masih diperlukan untuk mengoptimalkan desain guna menciptakan perilaku resonansi dan bahan lain mungkin juga ditambahkan untuk meningkatkan efisiensi. Ke depan, peneliti Drexel akan fokus pada skala‑up sistem tanpa membatasi kemampuan integrasinya ke dalam tekstil atau mempengaruhi kinerjanya secara negatif.

Secara keseluruhan, material MXene, menurut Gogotsi dan Inman, dapat memainkan peran utama dalam mengubah berbagai teknologi menjadi bentuk tekstil.

“Kami menghasilkan cukup daya dari pengisian nirkabel untuk menyalakan banyak aplikasi berbeda, jadi langkah selanjutnya adalah integrasi. Salah satu cara besar MXene dapat membantu adalah dengan dapat digunakan untuk banyak fungsi ini — jejak konduktif, antena, dan sensor.”

– Inman

Perusahaan yang Posisi untuk Mendapat Manfaat dari e‑Textile Menjadi Kenyataan

Pakaian pintar merupakan pasar yang berkembang, diperkirakan saat ini bernilai $5,16 miliar, dan diproyeksikan tumbuh dengan CAGR 26,2% dari 2025 hingga 2030. Dengan fokus yang meningkat pada kesehatan dan kebugaran di antara pengguna, raksasa teknologi seperti Google (GOOGL ) dan Apple (AAPL ) telah menciptakan teknologi yang dapat dipakai dan berpotensi mendapat manfaat dari e‑textile juga.

Pada tahun 2019, Levi (LEVI ) bekerja sama dengan Google untuk meluncurkan Smart Trucker Jacket. Jaket tersebut memiliki teknologi Jacquard milik Google yang terintegrasi, memungkinkan bagian tertentu dari kain digunakan untuk mengontrol ponsel.

Tekstil berbasis MXene juga dapat berharga di dunia medis, di mana perusahaan seperti Medtronic (MDT) dapat menggunakannya untuk memberikan kenyamanan dan keamanan.

Sekarang, mari kita lihat dua perusahaan yang benar‑benar dapat memperoleh manfaat dari kemajuan berkelanjutan dalam pakaian pintar.

1. Vuzix Corporation (VUZI )

Pakaian pintar memiliki banyak ruang untuk penggunaan dan pertumbuhan dalam industri realitas virtual (VR) dan realitas augmentasi (AR). Ia dapat membantu mengaburkan batas antara dunia fisik dan daring melalui isyarat sensorik seperti umpan balik haptik, menciptakan pengalaman yang lebih imersif bagi pengguna.

Vuzix adalah pemasok teknologi tampilan AR dan VR yang dapat dipakai. Dengan mengintegrasikan e‑textile berbasis MXene ke dalam perangkat yang dapat dipakainya, Vuzix dapat meningkatkan pengalaman pengguna secara signifikan dengan menghilangkan paket baterai eksternal tanpa membatasi gerakan pengguna.

Sekarang, jika kita melihat kinerja pasarannya, saham perusahaan dengan kapitalisasi pasar $76,2 juta ini turun 44,36% tahun ini dengan harga $1,22 pada saat penulisan. Ia memiliki EPS (TTM) sebesar -1,26 dan P/E (TTM) sebesar -0,92.

Untuk Kuartal Kedua 2024, perusahaan melaporkan penurunan 77% dalam total pendapatannya menjadi $1,1 juta dibandingkan $4,7 juta pada 2Q23. Penurunan ini disebabkan oleh penurunan penjualan produk, khususnya untuk kacamata pintar M400.

Kerugian kotor untuk periode tersebut adalah $0,3 juta, yang merupakan hasil dari pendapatan yang lebih rendah yang tidak dapat menutupi biaya overhead manufaktur tetap perusahaan. Sementara itu, biaya Penelitian dan Pengembangan sebesar $2,4 juta. Pada 30 Juni 2024, Vuzix memiliki kas dan setara kas sebesar $9,9 juta, sementara posisi modal kerja keseluruhannya sebesar $22,1 juta.

2. Nike (NKE )

Raksasa pakaian ini telah mengeksplorasi pakaian pintar selama beberapa waktu, dan mengintegrasikan pakaian pengisian nirkabel berbasis MXene dapat membantu Nike mengembangkan pakaian atletik canggih yang dapat melacak data biometrik tanpa memengaruhi fungsi dan kenyamanan pengguna.

Baru-baru ini, mereka meluncurkan Aerogami, teknologi pakaian bernapas baru yang menampilkan ventilasi reaktif kelembapan yang terbuka dan menutup secara otomatis saat mendeteksi keringat. Teknologi ini membantu pelari mengatur suhu tubuh mereka lebih baik saat berolahraga. Dengan teknologi pakaian performa ini, Nike bertujuan untuk “menciptakan produk yang berinteraksi dengan tubuh atlet secara waktu nyata saat mereka memanas, berkeringat, dan mendingin.”

Sekarang, melihat sisi keuangannya, Nike adalah perusahaan dengan kapitalisasi pasar $6 miliar yang sahamnya saat ini diperdagangkan pada $77,20, turun 28,18% tahun ini. Ia memiliki EPS (TTM) sebesar 3,49 dan P/E (TTM) sebesar 22,36 sambil membayar dividen dengan hasil 1,90%.

Untuk hasil keuangan fiskal 2025 pada kuartal yang berakhir 31 Agustus 2024, perusahaan melaporkan pendapatan sebesar $11,6 miliar, penurunan 10% secara tahunan. Laba bersih juga turun 28% menjadi $1,1 miliar. Meskipun Nike mengalami kesulitan dalam beberapa tahun terakhir dengan melambatnya permintaan konsumen, ia masih memegang pangsa pasar 40% di industri pakaian olahraga.

Sementara itu, kas dan setara kas serta investasi jangka pendeknya berada pada $10,3 miliar, naik sekitar $1,5 miliar dari tahun lalu. Pengembalian kepada pemegang saham terus meningkat, dengan $558 juta dibayarkan sebagai dividen, sementara $1,2 miliar dihabiskan untuk pembelian kembali saham.

Kesimpulan

Teknologi adalah sektor dengan pertumbuhan tercepat, memengaruhi hampir setiap bidang kehidupan kita, termasuk lemari pakaian kita. Namun, solusi penyimpanan energi tekstil yang fleksibel dan dapat diregangkan terus tetap kurang berkembang pada kebanyakan sistem e‑textile karena kinerja yang tidak memadai dari material dan teknologi yang tersedia saat ini.

Dengan penelitian dan inovasi yang berkelanjutan, kita mungkin akhirnya melihat pakaian pintar menjadi kenyataan. Di sini, material ajaib MXene menawarkan janji besar dengan keanekaragaman penggunaannya, yang tidak hanya dapat membuat e‑textile menjadi mungkin tetapi juga berpotensi menangani permintaan energi masa depan.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana sensor triboelektrik akan memainkan peran kunci dalam wearable generasi berikutnya.