텍스타일 듀얼

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5613(2023) 이 기사 인용

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예를 들어, 스마트폰과 같이 하나의 중앙 집중식 에너지원으로 신체에 가까운 센서에 전원을 공급하기 위해 독창적인 완전 섬유 결합기가 제안되었습니다. 자수 공정 중 바늘 움직임을 최소화해야 하는 산업 생산 공정의 요구 사항을 고려하기 위한 솔루션이 제공됩니다. 또한 이 문서에서는 NFC 및 A4WP와 같이 이미 존재하거나 IoT 도메인의 분산 시스템에 대한 막대한 에너지 요구를 충족하기 위해 존재할 여러 무선 전력 전송 표준을 지원하는 방법을 보여줍니다. 본 논문에서는 통신과 에너지 수확이 가능한 새로운 섬유 기반의 유연한 무선 시스템을 제안한다. 구조가 6.8MHz와 13.6MHz의 두 가지 공진 주파수를 가지며 NFC 및 A4WP 표준에 적합하다는 것을 입증하기 위해 분석, 수치 및 실험 연구가 수행되었습니다. 또한 시스템으로 인한 손실은 A4WP와 NFC의 경우 각각 2.76dB 및 1.91dB입니다. 결과는 이러한 섬유 다중 코일 결합기의 특수성을 강조하기 위해 연속적으로 제시됩니다. 견고한 전자 부품 없이 공진 구조를 얻는 방법을 설명합니다.

최근 커넥티드 텍스타일의 개발로 인해 의류 내에서 데이터 및 에너지 전송이 증가하고 있습니다. 실제로 천에 내장된 센서가 작동하고 데이터를 전송하려면 전원 공급 장치가 필요합니다. NFC(Near-Field Communication) 기술은 특히 배터리 및 메모리 용량 향상을 통해 중앙 집중식 에너지원 및 데이터 저장을 위한 솔루션입니다. 전자제품의 발전으로 이미 웨어러블 소형 기기와 스마트폰 사이에 무선 전력 전송(WPT)을 사용할 수 있게 되었고, NFC 기술이 탑재되었습니다1,2. 생리학적 센서와 같은 일부 소형 IoT 장치는 때때로 전원 공급만 필요할 수 있으며, 결국 A4WP(무선 전력 연합)에서 최근 Airfuel(Air Fuel Alliance)로 이름을 바꾼 기술에 의해 표준화되어 Qi 기술이 대안이라는 것을 알고 있습니다. 표준은 이미 시장에 나와 있습니다3,4,5. 후자의 기술은 약 300kHz의 매우 약한 주파수에서 실행되므로 결합기 근처에 있는 송신기와 수신기에 대해 완벽하게 정렬되고 동일한 안테나로 사용이 제한되므로 현재 작업에서는 유지되지 않았습니다. 또한 A4WP 표준의 주파수는 NFC 주파수의 정확히 절반이라는 점에 유의해야 합니다.

다양한 에너지원을 사용하여 전자섬유에 전원을 공급할 수 있지만, 오늘날 스마트폰에는 NFC 안테나가 장착되어 있어 대량의 데이터를 저장, 처리 및 전송할 수 있습니다. 결과적으로 이는 특히 전원 공급 장치에 적합하며 스마트 직물을 다른 네트워크에 연결합니다. 예를 들어, 자전거 기계 에너지로부터 스마트 섬유에 전력을 공급하기 위한 에너지 전송 시스템이 개발되었습니다6. Jianget al. 또한 구부러진 상태에서도 데이터를 전송할 수 있는 은도금 원사를 사용하여 직물 NFC 안테나를 개발했습니다7. 최근에는 Rongzhou Lin et al. 또한 의류에 자수된 일체형 섬유 NFC 전송 시스템을 제시하는 연구를 발표했습니다8. 달리는 동안과 같이 유목적인 방식으로 실시간 생리학적 매개변수를 모니터링하는 것을 목표로 합니다. 그러나 장치가 작동하려면 몇 가지 견고한 전기 부품이 필요하며 작동 주파수는 13.56MHz로 조정되지 않습니다. 공진 주파수 측면에 초점을 맞춘 섬유 NFC 안테나에 대한 또 다른 연구9. 이는 자수 안테나가 텍스타일 소재와 공정만으로 구현 가능하며, NFC 기술에 맞춰 공진 주파수를 조절할 수 있음을 보여준다. 마지막으로, 여러 직물 안테나를 연결하면 "결합기"라는 새로운 장치를 만들 수 있으며, 이를 통해 직물 표면10을 통해 13.56MHz 자기장을 전송할 수 있습니다. 불행하게도 이러한 종류의 구조에는 회로를 닫는 납땜 지점이 포함되어 있어 장치에 약점이 발생합니다. 또한 개별 이방성 자기 유도 요소 배열로 구축된 메타물질로 개발된 신체 통신에 사용되는 섬유 근거리 다물체 영역 네트워크 구조도 있습니다. 해당 주제에 대한 최근 기사에 발표된 결과와는 달리, 우리의 연구는 전통적인 전자 부품 없이 두 가지 다른 무선 표준(NFC 및 A4WP)에 따라 에너지를 통신하고 전달할 수 있는 가능성을 입증했습니다. 안테나와 결합기를 설계하고 생산하는 데에는 섬유 소재와 가공 기술만 사용됩니다.