Energi
Trådløst ladde smarte klær nå mulig med MXene‑blekkgjennombrudd
Teknologiske fremskritt har gjort alt smart i dag, fra telefonene våre, kjøleskap, TV-er, klokker, sykler, biler og lommebøker til ovner, briller, dørklokker, termostater og tannbørster.
En annen ting som blir smart, og som du kanskje ikke forventet, er klærne dine. Det stemmer! Selv plagg og tekstiler blir smarte. Tenk deg tekstiler som kan føle og reagere på din temperatur, bevegelse og trykk.
Den allestedsnærværende tilstedeværelsen av tekstiler, samt deres store overflateområde og nærhet til brukerne, gjør faktisk integrering av funksjonalitet i dem til et lovende foretak.
Selv om mange ledende motemerker har gitt løfter, har smarte klær med sensorer og neste‑generasjons tekstiler ennå ikke blitt en vanlig del av hverdagen vår. Dette skyldes at tekstilbasert elektronikk eller e‑tekstiler krever strømkilder på tekstilet, noe som kan påvirke brukerkomforten negativt.
Som et alternativ har man valgt en energihøsting på plagget. Fotovoltaiske enheter er eksempler på enheter som gir rimelig effekt, men med relativt lav spenning. I tillegg har de kompliserte fremstillingsmetoder og krever lys for å levere strøm. Piezoelektrisk er en annen som genererer en betydelig spenning, men leverer strøm i μA‑området.
Her kan trådløs lading tilby betydelige fordeler, med forskere som vender seg til MXener og integrerer dem direkte i tekstiler.
For å hjelpe e‑tekstiler med å bli en del av garderoben vår, har forskere fra Drexel University samarbeidet med Accenture Labs i California for å bygge et komplett tekstil‑energigrid som kan lades trådløst.
I en detaljert beskrivelse av prosessen og levedyktigheten ved å bygge et grid, den siste studien, støttet av National Institutes of Health, rapporterte bruk av blekk bestående av MXene for å trykke på ikke‑vevde bomullstekstiler.
Dette trykket kan enkelt utføres ved hjelp av direkte trykkmetoder, og blekket kan tørkes ved romtemperatur og påføres tekstiler.
The on‑garment energy grid from Drexel University can power real-world electronics, including an sEMG sensor, and transmit data in real time. The team also created a wireless joule heater, which was directly powered by their MXene coil.
MXene: Et 2D‑nanomateriale med uendelige muligheter
Skapt ved Drexel selv, er MXene en type nanomateriale som ikke bare er svært ledende, men også holdbart nok til å tåle vask, strekk og bretting som klær må gjennomgå.
I tillegg til sin naturlige ledningsevne er MXene ugjennomtrengelig for elektromagnetisk stråling og kan dispergeres i vann som en stabil kolloidal løsning. Dette gjør det enkelt å belegge tekstiler med MXene uten behov for kjemiske tilsetningsstoffer. MXene viser også super‑superkapasitans og har lovende egenskaper i sensorer. Disse nanoflakene kan plasseres hvor som helst og på nesten enhver overflate.
Alle disse egenskapene gir MXene en tydelig fordel over andre materialer og gjør det til en ideell kandidat for integrering i tekstiler for å tilføre funksjonalitet samt generere og lagre elektrisk energi. Som Drexel University bemerket:
«Mulighetene for MXenes er uendelige.»
For eksempel har forskere utviklet en skalerbar strategi for å fremstille høyytelsesfilmer av titankarbid‑MXene‑flak som har lovende anvendelser innen romfart, biomedisin og fleksible elektroniske enheter. Andre steder har vitenskapsfolk avdekket p‑type egenskaper i et nytt MXene‑materiale for å fremme dets potensial innen nanoteknologiske anvendelser. Et annet team låser opp potensialet til MXene i katalyse for å lette ammoniaks bruk som en hydrogenbærer for lagring av fornybar energi.
Det var faktisk for mer enn et tiår siden at forskere ved Drexel i College of Engineering’s Department of Materials Science and Engineering oppdaget denne familien av 2D‑karbider eller nitrider. Bare noen få atomer tykke, viste materialets struktur enormt potensial både i egenskaper og bruk.
Det finnes heller ikke bare én MXene; det finnes mange forskjellige, med enda flere muligheter.
«Himmelen er virkelig grensen.»
– Yury Gogotsi, professor ved Drexel’s College of Engineering og direktør for A.J. Drexel Nanomaterials Institute, for år siden
Deretter begynte forskerne å utforske muligheten for å tilpasse MXene som en belegg som kan gi et bredt spekter av materialer dens eksepsjonelle egenskaper.
Nå, med det siste proof‑of‑concept, har universitetet gjort enda en enorm utvikling, som er et stort steg for bærbar teknologi, som for tiden er begrenset av bruk av klumpete, stive batterier som ikke er fullt integrert i klær.
Når man snakker om hvordan klumpete energikilder som krever stive komponenter ikke er ideelle, forklarte studielederen, Gogotsi, at de rett og slett er ubehagelige og påtrengende for brukeren.
Selv om e‑tekstiler kan kobles til veggen, begrenser direkte strøm bevegelse. Han la til:
«(De) har også en tendens til å svikte ved grensesnittet mellom den harde elektronikken og det myke tekstilet over tid.»
Disse grensesnittene kan redusere brukerkomforten og er utsatt for mekanisk svikt. Deretter er det problemet med vaskbarhet for e‑tekstiler, som er ganske vanskelig å håndtere.
Dermed trykte Drexel‑forskningsgruppen tekstil‑gridet på et fleksibelt, lett bomullssubstrat, som kun var i liten lappstørrelse.
Den inneholder også en trykt resonatorkoils, kalt en MX‑coil, som konverterer elektromagnetiske bølger til energi for å muliggjøre trådløs lading. Det finnes også tre tekstil‑superkondensatorer som lagrer energi og brukes til å drive enheter.
Klikk her for å lære om stoffet som kan omdanne varme til elektrisitet.
En superkondensator‑lapp for energilagring
Kilde: Drexel University
Etter å ha studert holdbarheten, elektrisk ledningsevne og energilagringskapasitet til MXene‑funksjonerte tekstiler som ikke var optimalisert for å drive elektronikk utover passive enheter som LED‑lys, utviklet Drexel og Accenture Labs disse superkondensatorene i fjor.
På den tiden rapporterte teamet at superkondensatoren kunne lades på bare noen minutter og deretter drive en temperatursensor og radiokommunikasjon av data i omtrent to timer.
Gogotsi, som var medforfatter av studien, bemerket også på den tiden at for å fullt integrere teknologi i stoff, må vi også kunne sømløst integrere strømkilden.
«Vår oppfinnelse viser veien fremover for tekstil‑energilagringsenheter.»
– Gogotsi
Den enkle evnen til MXene å feste seg til stoffet gjør at Drexels superkondensator viser høy energitetthet og støtter funksjonelle anvendelser, noe som er nødvendig for å implementere tekstilbasert energilagring i virkelige applikasjoner.
MXene‑tekstil‑superkondensator‑lappen ble designet med mål om å maksimere energilagringskapasiteten ved å bruke minimalt med materiale og lite plass. På denne måten reduserte den de totale produksjonskostnadene og bevarte samtidig plaggens fleksibilitet og brukbarhet.
For å lage superkondensatoren ble små biter av vevd bomullstekstil dyppet i en MXene‑løsning. Den ble deretter lagdelt på en litiumklorid‑elektrolyttgel. Hver superkondensatorcelle har to tekstillag som er belagt med MXene.
For å ha en lapp som kan drive enheter, ble fem celler stablet med et område på 25 kvadratcentimeter for å lage en strømpakke som kan lades opp til 6 volt. Cellene ble også vakuumforseglet for å hindre ytelsesnedgang.
Superkondensatoren fra teamet klarte å drive en Arduino Pro Mini 3.3V mikrokontroller, som var en av de høyeste totale effektutgangene som er registrert for en tekstil‑energienhet.
Mikrokontrolleren klarte også å overføre temperatur trådløst hvert 30. sekund i 96 minutter. Denne ytelsen ble opprettholdt jevnt i over 20 dager.
Muliggjøring av trådløs lading i tekstiler
Etter å ha laget energilagringsenheten, dvs. en superkondensator, som leverer energi raskere enn et batteri, begynte teamet å jobbe med tekstil‑gridet, som inkluderte en MX‑coil og tre tekstil‑superkondensatorer.
Teamet demonstrerte effektiviteten av systemet sitt ved å drive ulike e‑tekstil‑bruksområder. For eksempel kunne det utviklede gridet lades trådløst ved 3,6 volt, noe som er nok til å drive bærbare sensorer samt armbåndsur og kalkulatorer. I tillegg til små enheter hadde gridet kapasitet til å drive digitale kretser i datamaskiner.
Ved testing av gridet med små elektroniske enheter ble det funnet at ved å lade det i kun 15 minutter, kunne gridet generere nok energi til å drive små enheter i over 90 minutter.
I tillegg, etter å ha gjennomgått en omfattende vask‑ og bøyningssyklus for å simulere slitasjen som vanlig klær opplever, fant forskerne at gridets ytelse knapt ble redusert.
Ledet av Flavia Vitale, PhD, en førsteamanuensis i nevrologi, testet samarbeidspartnere fra University of Pennsylvania også gridet for trådløse MXene‑baserte biosensor‑elektroder kalt MXtrodes som overvåker muskelbevegelser.
I tillegg til på‑plagg‑applikasjoner som krever energilagring, viste teamet brukstilfeller som kanskje ikke trenger energilagring, som «situasjoner med relativt stillesittende brukere», sa Alex Inman, PhD, forskningsassistent hos Gogotsi ved A.J. Drexel Nanomaterials Institute.
I denne forbindelsen brukte teamet systemet til å drive et standardsett av temperatur‑ og fuktighetssensorer sammen med en mikrokontroller for å kringkaste dataene de samlet inn i sanntid. En trådløs lading på kun en halv time drev den energikrevende funksjonen for sanntidskringkasting fra sensorene i 13 minutter.
MX‑coilen ble også brukt til å drive et trykt, på‑tekstil varmetelement, en Joule‑varmer. Den genererte en temperaturøkning på omtrent 4 grader Celsius som et proof‑of‑concept. Ifølge Gogotsi:
«Mange forskjellige teknologier kan drives av trådløs lading. Det viktigste å vurdere når man velger en applikasjon er at den må gi mening for en bærbar applikasjon.»
Mens biologiske sensorer, som fremtiden for helsetjenester, kan integreres direkte i tekstiler for å øke kvaliteten og påliteligheten av data og forbedre brukerkomfort, uttalte Gogotsi at deres forskning viser at et tekstilbasert strømgitter kan drive et vilkårlig antall perifere enheter.
Fra bærbare haptiske enheter for AR/VR‑applikasjoner som underholdning og trening til fiberbaserte LED‑lys for mote eller arbeidssikkerhet og styring av ekstern elektronikk, har deres tekstilbaserte strømgitter demonstrert ulike potensielle bruksområder.
Selv om det er en stor prestasjon, trengs fortsatt videre arbeid for å optimalisere designet for å skape resonante egenskaper, og andre materialer kan også legges til for å øke effektiviteten. Fremover vil Drexel‑forskerne fokusere på å skalere opp systemet uten å begrense muligheten for integrering i tekstiler eller påvirke ytelsen negativt.
Alt i alt kan MXene‑materialer, ifølge Gogotsi og Inman, spille en viktig rolle i å omforme ulike teknologier til tekstilformer.
«Vi produserer nok kraft fra trådløs lading til å drive mange forskjellige applikasjoner, så de neste stegene handler om integrering. En stor måte MXene kan hjelpe med dette på er at det kan brukes til mange av disse funksjonene – ledende spor, antenner og sensorer.»
– Inman
Selskaper som er posisjonert til å dra nytte av at e‑tekstiler blir en realitet
Smarte klær er et voksende marked, anslått til for tiden å være verdt $5,16 milliarder, og det er prognostisert å vokse med en CAGR på 26,2 % fra 2025 til 2030. Med et økende fokus på helse og fitness blant brukerne, har teknologigiganter som Google (GOOGL ) og Apple (AAPL ) utviklet bærbar teknologi og kan også potensielt dra nytte av e‑tekstiler.
I 2019 inngikk Levi (LEVI ) et partnerskap med Google for å lansere sin smarte Trucker‑jakke. Den hadde Googles Jacquard‑teknologi integrert, som gjør at en bestemt del av stoffet kan brukes til å kontrollere mobiltelefoner.
MXene‑baserte tekstiler kan også være verdifulle i medisinsk sektor, hvor selskaper som Medtronic (MDT) kan bruke dem for å gi komfort og sikkerhet.
Nå skal vi se på to selskaper som virkelig kan dra nytte av de pågående fremskrittene innen smarte klær.
1. Vuzix Corporation (VUZI )
Smarte klær har stort potensial for bruk og vekst i virtuell virkelighet (VR) og utvidet virkelighet (AR)‑industrier. De kan bidra til å viske ut grensene mellom den fysiske og den digitale verden gjennom sensoriske signaler som haptisk tilbakemelding, og skape mer oppslukende opplevelser for brukeren.
Vuzix er en leverandør av bærbar AR‑ og VR‑displayteknologi. Ved å integrere MXene‑baserte e‑tekstiler i sine wearables, kan Vuzix betydelig forbedre brukeropplevelsen ved å eliminere eksterne batteripakker uten å begrense brukerens bevegelse.
(VUZI )
Nå, hvis vi ser på selskapets markedsytelse, er aksjene i selskapet med en markedsverdi på $76,2 millioner ned 44,36 % i år, og de handles til $1,22 per aksje på tidspunktet for skrivingen. Den har en EPS (TTM) på -1,26 og en P/E (TTM) på -0,92.
For andre kvartal 2024 rapporterte selskapet en nedgang på 77 % i sine totale inntekter til $1,1 millioner sammenlignet med $4,7 millioner i 2Q23. Dette fallet skyldtes lavere produktsalg, spesielt for M400 smart‑briller.
Det brutto tapet for perioden var $0,3 millioner, som var resultatet av lavere inntekter som ikke kunne dekke selskapets faste produksjonskostnader. Forskning‑ og utviklingskostnader var derimot $2,4 millioner. Per 30. juni 2024 hadde Vuzix kontanter og kontantekvivalenter på $9,9 millioner, mens den samlede arbeidskapitalen var $22,1 millioner.
2. Nike (NKE )
Denne klesgiganten har utforsket smarte klær i en stund nå, og integrering av MXene‑baserte trådløst ladbare plagg kan hjelpe Nike med å utvikle avanserte sportsklær som kan spore biometriske data uten å påvirke brukerens funksjonalitet og komfort.
Nylig avduket den nye pustende klesteknologien Aerogami, som har fuktighets‑reaktive ventiler som åpner og lukker seg automatisk ved svette. Den hjelper løpere med å regulere kroppstemperaturen bedre under trening. Med sin prestasjonsklæreteknologi hadde Nike som mål å «skape et produkt som interagerer med idrettsutøvernes kropp i sanntid når de varmer opp, svetter og kjøler ned».
(NKE )
Nå, for å se på den finansielle siden, er Nike et selskap med en markedsverdi på $6 milliarder, og aksjene handles for øyeblikket til $77,20, ned 28,18 % i år. Den har en EPS (TTM) på 3,49 og en P/E (TTM) på 22,36, samtidig som den betaler et utbytte på 1,90 %.
For sine finansielle resultater for regnskapsåret 2025 for kvartalet som endte 31. august 2024, rapporterte selskapet en inntekt på $11,6 milliarder, en nedgang på 10 % år‑over‑år. Nettoresultatet var også ned 28 % til $1,1 milliarder. Selv om Nike har slitt de siste årene med avtagende forbrukeretterspørsel, har de fortsatt en markedsandel på 40 % i sportsklær‑industrien.
I mellomtiden er kontanter og kontantekvivalenter samt kortsiktige investeringer på $10,3 milliarder, opp omtrent $1,5 milliarder fra i fjor. Avkastningen til aksjonærene fortsatte å øke, med $558 millioner utbetalt i utbytte, mens $1,2 milliarder ble brukt på aksjetilbakekjøp.
Konklusjon
Teknologi er den raskest voksende sektoren, som påvirker nesten alle områder av livene våre, inkludert garderoben. Imidlertid forblir fleksible og strekkbare tekstil‑energilagringsløsninger underutviklet i de fleste e‑tekstilsystemer på grunn av utilstrekkelig ytelse fra de tilgjengelige materialene og teknologiene.
Med fortsatt forskning og innovasjon kan vi endelig se smarte klær bli en realitet. Her tilbyr det fantastiske materialet MXene stort løfte med sin allsidighet, som ikke bare kan gjøre e‑tekstiler mulig, men også har potensial til å takle fremtidige energibehov.
