Smart na Damit na Walang Kable na Maaaring Mag-charge Ngayon ay Posible sa Pagsulong ng MXene Ink

Ang mga pag-unlad sa teknolohiya ay nagpagawa ng lahat ng bagay na matalino ngayon, mula sa ating mga telepono, refrigerator, TV, relo, bisikleta, kotse, at pitaka hanggang sa mga oven, salamin, doorbell, thermostat, at sipilyo.

Isa pang bagay na nagiging matalino na maaaring hindi mo inaasahan ay ang iyong mga damit. Tama! Maging ang mga kasuotan at tela ay nagiging matalino. Isipin ang mga tela na kayang maramdaman at tumugon sa iyong temperatura, galaw, at presyon.

Ang laganap na presensya ng mga tela, pati na rin ang kanilang malawak na ibabaw at lapit sa mga gumagamit, ay talagang ginagawang isang magagarang pagkakataon ang pagsasama ng mga tampok dito.

Bagaman maraming nangungunang tatak ng moda ang nangako, ang mga matalinong damit na may mga sensor at susunod na henerasyon ng mga tela ay hindi pa naging regular na bahagi ng ating pang-araw-araw na buhay. Ito ay dahil ang mga elektronikong batay sa tela o e-textiles ay nangangailangan ng mga pinagmumulan ng kuryente sa mismong tela, na maaaring makaapekto nang negatibo sa kaginhawaan ng gumagamit.

Bilang alternatibo, isang paraan ng pag-ani ng enerhiya sa mismong kasuotan ang sinubukan. Ang mga photovoltaic na aparato ay halimbawa ng mga aparato na nakakamit ng katamtamang output ngunit may medyo mababang boltahe. Mayroon din silang komplikadong mga pamamaraan ng paggawa at nangangailangan ng liwanag upang magbigay ng kuryente. Ang piezoelectric ay isa pang uri na nagbubuo ng makabuluhang boltahe ngunit nagbibigay ng mga kuryente sa saklaw ng μA.

Dito, ang wireless charging ay maaaring magbigay ng malalaking benepisyo, kung saan ang mga mananaliksik ay lumalapit sa MXenes at isinasama ito nang direkta sa mga tela.

Upang matulungan gawing bahagi ng ating mga aparador ang e-textiles, ang mga mananaliksik mula sa Drexel University ay nakipagtulungan sa Accenture Labs sa California upang bumuo ng isang kumpletong grid ng enerhiya sa tela na maaaring i-wireless charge.

Sa pagdetalye ng proseso at posibilidad ng pagbuo ng isang grid, ang pinakabagong pag-aaral, na sinusuportahan ng National Institutes of Health, ay iniulat ang paggamit ng tinta na binubuo ng MXene upang i-print sa mga nonwoven na cotton na tela.

Ang pag-print na ito ay maaaring gawin nang madali gamit ang mga direktang pamamaraan ng pag-print, at ang tinta ay maaaring patuyuin sa temperatura ng silid at ilagay sa mga tela.

Ang on-garment energy grid mula sa Drexel University ay maaaring magbigay ng kapangyarihan sa mga real-world na elektronik, kabilang ang isang sEMG sensor, at magpadala ng data nang real time. Nilikha rin ng koponan ang isang wireless joule heater, na direktang pinapagana ng kanilang MXene coil.

MXene: Isang 2D Nanomaterial na Walang Hanggang Posibilidad

Nilikha mismo sa Drexel, ang MXene ay isang uri ng nanomaterial na hindi lamang lubhang conductive kundi matibay din upang tiisin ang paglalaba, pag-uunat, at pag-fold na kinakailangan ng mga kasuotan.

Bukod sa likas nitong conductivity, ang MXene ay hindi tumatagos sa electromagnetic radiation at maaaring kumalat sa tubig bilang isang matatag na colloidal solution. Pinapayagan nito ang madaling pag-coat ng mga tela gamit ang MXene nang hindi kailangan ng mga kemikal na additive. Ipinapakita rin ng MXene ang super-supercapacitance at may pangako sa mga sensor. Ang mga nanoflake na ito ay maaaring ilagay kahit saan at halos anumang ibabaw.

Lahat ng mga katangiang ito ay nagbibigay sa MXene ng natatanging kalamangan laban sa ibang materyales at ginagawa itong perpektong kandidato para isama sa mga tela upang magdagdag ng functionality at lumikha at mag-imbak ng elektrikal na enerhiya. Ayon sa Drexel University:

“Walang katapusang posibilidad para sa mga MXene.”

Halimbawa, ang mga mananaliksik ay nakabuo ng isang scalable na estratehiya upang gumawa ng high-performance na mga pelikula ng titanium carbide MXene flakes na may pangakong aplikasyon sa aerospace, biomedicine, at flexible na mga elektronikong aparato. Sa ibang lugar, ang mga siyentipiko ay natuklasan ang mga p-type na katangian sa isang bagong materyal na MXene upang itaguyod ang potensyal nito para sa mga aplikasyon ng nanotechnology. Ang isa pang koponan ay nagbubukas ng potensyal ng MXene sa katalisis upang mapadali ang paggamit ng ammonia bilang tagapagdala ng hydrogen para sa renewable energy storage.

Sa katunayan, higit isang dekada na ang nakalipas nang matuklasan ng mga mananaliksik ng Drexel sa College of Engineering’s Department of Materials Science and Engineering ang pamilya ng mga 2D carbides o nitrides na ito. Ilang atom lamang ang kapal, ipinakita ng estruktura ng materyal ang napakalaking potensyal sa mga katangian at paggamit nito.

Wala namang iisang MXene lamang; marami itong iba’t ibang uri na may mas marami pang posibleng kombinasyon.

“Ang langit talaga ang limitasyon.”

– Yury Gogotsi, isang propesor sa College of Engineering ng Drexel at direktor ng A.J. Drexel Nanomaterials Institute, ilang taon na ang nakalipas

Pagkatapos, sinimulan ng mga mananaliksik na tuklasin ang posibilidad ng pag-aangkop ng MXene bilang isang coating na maaaring magbigay ng natatanging katangian sa malawak na hanay ng mga materyales.

Ngayon, sa pinakabagong proof-of-concept, ang Unibersidad ay gumawa ng isa pang napakalaking pag-unlad, na isang malaking hakbang para sa wearable technology, na kasalukuyang limitado ng paggamit ng malalaking, matitigas na baterya na hindi ganap na nakapaloob sa kasuotan.

Pag-usapan ang kung paano ang malalaking suplay ng enerhiya na nangangailangan ng matitigas na komponent ay hindi ideal, ipinaliwanag ng pinuno ng pag-aaral, si Gogotsi, na sila ay simpleng hindi kumportable at nakakaistorbo para sa nagsusuot.

Habang maaaring i-plug ang e-textiles sa saksakan, ang direktang kuryente ay humahadlang sa galaw. Idinagdag niya:

“(Sila rin) ay may tendensiyang mabigo sa interface sa pagitan ng matigas na elektronik at malambot na tela sa paglipas ng panahon.”

Ang mga interface na ito ay maaaring magpababa ng kaginhawaan ng gumagamit at madaling masira mechanically. Mayroon ding isyu ng washability sa e-textiles, na medyo mahirap pangasiwaan.

Kaya, ang koponan ng pananaliksik ng Drexel ay nag-print ng textile grid sa isang flexible, magaan na cotton substrate, na maliit lamang ang sukat.

Mayroon din itong printed resonator coil, tinatawag na MX-coil, na nagko-convert ng electromagnetic waves sa enerhiya upang paganahin ang wireless charging. May tatlong textile supercapacitors din na nag-iimbak ng enerhiya at ginagamit upang mag-power ng mga device.

I-click dito upang matutunan ang tela na maaaring mag-convert ng init sa kuryente.

Isang Supercapacitor na ‘Patch’ para sa Pag-imbak ng Enerhiya

Pinagmulan: Drexel University

Pagkatapos pag-aralan ang tibay, electric conductivity, at kapasidad ng pag-imbak ng enerhiya ng mga MXene-functionalized na tela na hindi pa na-optimize para mag-power ng elektronik lampas sa mga passive device tulad ng LED lights, ang Drexel at Accenture Labs ay nakabuo ng mga supercapacitor noong nakaraang taon.

Noong panahong iyon, iniulat ng koponan na ang supercapacitor ay maaaring mag-charge sa loob ng ilang minuto at pagkatapos ay mag-power ng temperature sensor at radio communication ng data sa loob ng halos dalawang oras.

Sinabi rin ni Gogotsi, na co-author ng pag-aaral, na upang ganap na maisama ang teknolohiya sa tela, kailangan din nating ma-integrate nang seamless ang pinagmumulan ng kuryente nito.

“Ipinapakita ng imbensyon namin ang landas pasulong para sa mga device ng pag-imbak ng enerhiya sa tela.”

– Gogotsi

Ang kadalian ng pagdikit ng MXene sa tela ay nagpapahintulot sa supercapacitor ng Drexel na magpakita ng mataas na energy density at suportahan ang functional na aplikasyon, na kinakailangan upang ipatupad ang textile-based energy storage sa mga totoong aplikasyon.

Ang MXene textile supercapacitor patch ay dinisenyo upang mapalaki ang kapasidad ng pag-imbak ng enerhiya gamit ang minimal na materyal at kaunting espasyo. Sa ganitong paraan, nabawasan ang kabuuang gastos sa produksyon at, kasabay nito, napanatili ang flexibility at wearability ng kasuotan.

Ngayon, upang likhain ang supercapacitor, ang maliliit na piraso ng woven cotton textile ay ibinabad sa isang MXene solution. Pagkatapos ay inilagay ito sa isang lithium chloride electrolyte gel. Bawat supercapacitor cell ay may dalawang textile layer na coated ng MXene.

Upang magkaroon ng patch na maaaring magpatakbo ng mga device, limang cell ang pinagsama na may sukat na 25 square centimeters upang lumikha ng power pack na kayang mag-charge hanggang 6 volts. Ang mga cell ay vacuum-sealed din upang maiwasan ang degradation ng performance.

Ang supercapacitor mula sa koponan ay nakapag-power ng Arduino Pro Mini 3.3V microcontroller, na isa sa pinakamataas na total power output na naitala para sa isang textile energy device.

Ang microcontroller ay nakapag-transmit din ng temperatura nang wireless tuwing 30 segundo sa loob ng 96 minuto. Ang performance na ito ay nanatiling consistent sa higit 20 araw.

Pagpapagana ng Wireless Charging sa mga Tela

Pagkatapos malikha ang energy storage device, i.e., isang supercapacitor, na nagbibigay ng enerhiya nang mas mabilis kaysa sa baterya, sinimulan ng koponan ang paggawa ng textile grid, na kinabibilangan ng MX-coil at tatlong textile supercapacitors.

Ipinakita ng koponan ang bisa ng kanilang sistema sa pagpapagana ng iba’t ibang gamit ng e-textile. Halimbawa, ang grid na binuo ay kayang mag-wireless charge sa 3.6 volts, na sapat upang mag-power ng wearable sensors pati na rin ng mga wristwatch at calculator. Bukod sa maliliit na device, may kakayahan din ang grid na mag-power ng digital circuits sa mga computer.

Sa pagsubok ng grid gamit ang maliliit na electronic device, natuklasan na sa pamamagitan ng pag-charge nito ng 15 minuto lamang, nakalikha ang grid ng sapat na enerhiya upang magpatakbo ng maliliit na device nang higit sa 90 minuto.

Dagdag pa rito, matapos sumailalim sa masinsinang washing at bending cycle upang tularan ang wear and tear na nararanasan ng regular na kasuotan, natuklasan ng mga mananaliksik na halos hindi bumaba ang performance ng grid.

Pinamunuan ni Flavia Vitale, PhD, isang associate professor ng neurology, sinubukan din ng mga kasamahan mula sa University of Pennsylvania ang wireless MXene-based biosensor electrodes na tinatawag na MXtrodes na nagmo-monitor ng galaw ng kalamnan.

Maliban sa mga on-garment application na nangangailangan ng energy storage, ipinakita ng koponan ang mga use case na maaaring hindi kailangan ng energy storage, tulad ng “situations with relatively sedentary users,” sabi ni Alex Inman, PhD, isang research assistant kay Gogotsi sa A.J. Drexel Nanomaterials Institute.

Sa ganitong konteksto, ginamit ng koponan ang sistema upang mag-power ng off-the-shelf na array ng temperature at humidity sensors kasama ang isang microcontroller upang i-broadcast ang data na kanilang nakolekta nang real time. Ang wireless charge na kalahating oras lamang ay nag-power ng energy-intensive na function ng real-time broadcasting mula sa mga sensor sa loob ng 13 minuto.

Ang MX-coil ay ginamit din upang mag-power ng printed, on-textile heating element, isang Joule heater. Nakalikha ito ng temperature gain na halos 4 degrees Celsius bilang proof-of-concept. Ayon kay Gogotsi:

“Maraming iba’t ibang teknolohiya ang maaaring mapagana ng wireless charging. Ang pangunahing bagay na dapat isaalang-alang kapag pumipili ng aplikasyon ay dapat itong may sentido para sa isang wearable application.”

Habang ang mga biological sensor, bilang kinabukasan ng healthcare, ay maaaring i-integrate direkta sa mga tela upang mapataas ang kalidad at pagiging maaasahan ng data at mapabuti ang kaginhawaan ng gumagamit, sinabi ni Gogotsi na ang kanilang pananaliksik ay nagpapakita na ang textile-based power grid ay maaaring mag-power ng anumang bilang ng peripheral devices.

Mula sa wearable haptics para sa AR/VR applications tulad ng entertainment at training hanggang sa fiber-based LEDs para sa fashion o job safety at kontrol ng external electronics, ang kanilang textile-based power grid ay nagpakita ng iba’t ibang potensyal na use case.

Bagaman isang malaking tagumpay, kailangan pa ng karagdagang trabaho upang i-optimize ang disenyo upang lumikha ng resonant behaviors at maaaring magdagdag ng iba pang materyales upang mapataas ang efficiency. Sa hinaharap, magtutuon ang mga mananaliksik ng Drexel sa pag-scale up ng kanilang sistema nang hindi nililimitahan ang kakayahang i-integrate ito sa mga tela o negatibong naaapektuhan ang performance nito.

Sa pangkalahatan, ang mga materyal na MXene, ayon kina Gogotsi at Inman, ay maaaring gumanap ng malaking papel sa pag-convert ng iba’t ibang teknolohiya sa anyong tela.

“Nagpo-produce kami ng sapat na power mula sa wireless charging upang mapagana ang maraming iba’t ibang aplikasyon, kaya ang susunod na hakbang ay ang integration. Isang malaking paraan kung paano makakatulong ang MXene dito ay ang paggamit nito para sa maraming functionalities – conductive traces, antennae, at sensors.”

– Inman

Mga Kumpanyang Naka-Posisyon na Makikinabang mula sa Pagiging Totoo ng e-Textiles

Ang smart clothing ay isang lumalagong merkado, tinatayang kasalukuyang nagkakahalaga ng $5.16 bilyon, at inaasahang lalago sa CAGR na 26.2% mula 2025 hanggang 2030. Sa patuloy na pagtuon sa kalusugan at fitness ng mga gumagamit, ang mga tech giant tulad ng Google (GOOGL ) at Apple (AAPL ) ay lumikha ng wearable tech at maaaring makinabang din mula sa e-textiles.

Noong 2019, ang Levi (LEVI ) ay nakipagtulungan sa Google upang ilunsad ang kanilang smart Trucker Jacket. Ito ay may built-in na Google Jacquard technology, na nagpapahintulot sa isang partikular na bahagi ng tela na kontrolin ang mga mobile phone.

Ang mga MXene-based na tela ay maaari ring maging mahalaga sa medikal na mundo, kung saan ang mga kumpanya tulad ng Medtronic (MDT) ay maaaring gumamit nito upang magbigay ng kaginhawaan at kaligtasan.

Ngayon, tingnan natin ang dalawang kumpanya na tunay na makikinabang mula sa patuloy na pag-unlad ng smart clothing.

1. Vuzix Corporation (VUZI )

Ang smart clothing ay may malawak na saklaw para sa paggamit at paglago sa mga industriya ng virtual reality (VR) at augmented reality (AR). Maaari nitong palabasin ang hangganan sa pagitan ng pisikal at online na mundo sa pamamagitan ng sensory cues tulad ng haptic feedback, na lumilikha ng mas immersive na karanasan para sa gumagamit.

Ang Vuzix ay isang supplier ng wearable AR at VR display technology. Sa pamamagitan ng pag-integrate ng MXene-based e-textiles sa kanilang wearables, maaaring mapabuti ng Vuzix ang karanasan ng gumagamit nang malaki sa pamamagitan ng pag-alis ng external battery packs nang hindi nililimitahan ang galaw ng gumagamit.

Ngayon, kung susuriin natin ang kanilang market performance, ang mga shares ng $76.2 milyong market cap na kumpanya ay bumaba ng 44.36% ngayong taon habang nagte-trade sa $1.22 sa oras ng pagsulat. Mayroon itong EPS (TTM) na -1.26 at P/E (TTM) na -0.92.

Para sa Second Quarter ng 2024, ang kumpanya ay iniulat ang pagbaba ng 77% sa kabuuang kita nito sa $1.1 milyon kumpara sa $4.7 milyon noong 2Q23. Ang pagbaba ay resulta ng mas mababang benta ng produkto, partikular para sa M400 smart glasses.

Ang gross loss para sa panahong iyon ay $0.3 milyon, na resulta ng mas mababang kita na hindi nasakop ang fixed manufacturing overhead costs ng kumpanya. Ang Research and Development expenses naman ay $2.4 milyon. Noong Hunyo 30, 2024, ang Vuzix ay may cash at cash equivalents na $9.9 milyon, habang ang kabuuang working capital position nito ay $22.1 milyon.

2. Nike (NKE )

Ang higanteng apparel na ito ay matagal nang nag-eexplore ng smart clothing, at ang pag-integrate ng MXene-based wireless charging garments ay maaaring makatulong sa Nike na bumuo ng advanced athletic wear na maaaring subaybayan ang biometric data nang hindi naaapektuhan ang functionality at kaginhawaan ng gumagamit.

Kamakailan, ito ay inilunsad ang Aerogami, isang bagong breathable apparel technology na may moisture-reactive vents na nagbubukas at nagsasara nang kusa kapag nakakaramdam ng pawis. Tinutulungan nito ang mga runner na mas mahusay na kontrolin ang kanilang body temperature habang nag-eehersisyo. Sa kanilang performance apparel technology, layunin ng Nike na “lumikha ng produkto na nakikipag-ugnayan sa katawan ng mga atleta sa real-time habang sila ay nag-iinit, nagpapawis, at nagpapalamig.”

Ngayon, tingnan natin ang kanilang panig na pinansyal, ang Nike ay isang $6 bilyong market cap na kumpanya na ang mga shares ay kasalukuyang nagte-trade sa $77.20, bumaba ng 28.18% ngayong taon. Mayroon itong EPS (TTM) na 3.49 at P/E (TTM) na 22.36 habang nagbabayad ng dividend yield na 1.90%.

Para sa kanilang fiscal 2025 financial results para sa quarter na nagtapos noong Agosto 31, 2024, ang kumpanya ay iniulat ang revenue na $11.6 bilyon, isang pagbaba ng 10% taon-taon. Ang net income ay bumaba rin ng 28% sa $1.1 bilyon. Bagaman nahihirapan ang Nike sa mga nagdaang taon dahil sa pagbagal ng consumer demand, hawak pa rin nito ang 40% market share sa sportswear industry.

Samantala, ang cash at equivalents at short-term investments nito ay nasa $10.3 bilyon, tumaas ng halos $1.5 bilyon mula noong nakaraang taon. Ang returns sa shareholders ay patuloy na tumataas, na may $558 milyon na binayaran sa dividends, habang $1.2 bilyon ang nagastos sa share repurchases.

Konklusyon

Ang teknolohiya ay ang pinakamabilis na lumalagong sektor, na nakakaapekto sa halos bawat aspeto ng ating buhay, kabilang ang ating wardrobe. Gayunpaman, ang flexible at stretchable na mga solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya sa tela ay patuloy na nananatiling underdeveloped mula sa karamihan ng e-textile systems dahil sa hindi sapat na performance ng kasalukuyang available na mga materyales at teknolohiya.

Sa patuloy na pananaliksik at inobasyon, maaaring sa wakas ay makita natin ang smart clothing na maging realidad. Dito, ang kahanga-hangang materyal na MXene ay nag-aalok ng malaking pangako sa kanyang versatility, na hindi lamang makakapagpaganap ng e-textiles kundi may potensyal ding tugunan ang mga hinaharap na pangangailangan sa enerhiya.

I-click dito upang matutunan kung paano gaganap ng triboelectric sensors ang mahalagang papel sa susunod na henerasyon ng mga wearable.