Revolucionando wearables: El emergente traje de poder para monitoreo de salud y generación de energía

¿Sabía que la integración de nanomateriales, manufactura y telas de prendas está a punto de crear un «traje de poder» wearable completamente nuevo que puede ayudar a monitorear pacientes o generar energía —entre innumerables otras posibilidades?

Cuatro Institutos Manufacturing USA en colaboración con Centros MEP de NIST están desempeñando un papel vital en esta industria y su cadena de suministro afiliada al aprovechar desarrollos comerciales y técnicos que pueden aplicarse rápidamente en este nuevo campo.

A medida que el desarrollo de nanomateriales continúa a un ritmo acelerado, se identifican más aplicaciones que involucran la integración de dispositivos de alta tecnología con productos centenarios. Una de estas aplicaciones dentro de la industria de la confección es una nueva tendencia conocida como Trajes de Poder (Power Suits).

Cosecha de energía

La cosecha de energía es el proceso por el cual la energía se deriva de fuentes externas (p. ej., energía solar, energía térmica, energía eólica, gradientes de salinidad y energía cinética, también conocida como energía ambiental), se captura y almacena para pequeños dispositivos autónomos inalámbricos, como los usados en electrónica wearable y redes de sensores inalámbricos. A nivel micro y mili-amperio, esta práctica sigue ganando importancia a medida que se desarrollan dispositivos con requisitos de energía muy bajos. Es un área de interés para el sector de la confección específicamente en lo que respecta a transferir «movimiento» en energía.

Las aplicaciones potenciales en esta industria pueden cambiar vidas.

Detección de caídas de personas mayores, proporcionar energía para marcapasos u otros implantes, y incorporar dispositivos GPS en ropa para excursionistas o para localizar pacientes de Alzheimer desorientados son algunas de las posibilidades¹. La transferencia se basa en dos fenómenos bien conocidos: efectos piezoeléctricos y triboeléctricos. Los efectos piezoeléctricos interconectan señales eléctricas y fuerza mecánica, mientras que los efectos triboeléctricos implican la recolección de cargas opuestas en dos materiales disímiles una vez que entran en contacto entre sí.

El papel de los Institutos Manufacturing USA y los Centros MEP

Los Power Suits y otras prendas técnicamente avanzadas requieren desarrollos comerciales y tecnológicos de cuatro áreas altamente integradas: sensores flexibles, utilización de datos «inteligentes», electrónica de potencia y telas. Estas están entre las áreas de enfoque tecnológico de los siguientes Institutos Manufacturing USA establecidos recientemente:

La misión de PowerAmerica es desarrollar procesos de manufactura avanzada que permitan la producción a gran escala de semiconductores de banda ancha ancha (WBG), que permiten que los componentes electrónicos sean más pequeños, rápidos y eficientes que los semiconductores hechos de silicio.

NEXTFLEX se centra en desarrollar una nueva era en la manufactura de electrónica híbrida flexible (FHE) catalizando el ecosistema estadounidense de electrónica híbrida flexible para comercializar tecnología a través de inversiones en escalado de materiales FHE, procesamiento de dispositivos adelgazados, impresión y empaquetado integrados de dispositivos/sensores, herramientas de diseño de sistemas, y pruebas y modelado de confiabilidad.

The Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute reúne un consorcio de casi 200 socios de la academia, la industria y organizaciones sin fines de lucro, de más de 30 estados, para impulsar avances en sensores inteligentes y controles de procesos digitales que pueden mejorar radicalmente la eficiencia de la manufactura avanzada de EE. UU.

Una organización sin fines de lucro nacional respaldada por la industria, la academia, el gobierno y el capital de riesgo, el Instituto Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) acelerará la comercialización generalizada de telas altamente funcionales. Esto incluye avances recientes en materiales de fibra y procesos de manufactura que pronto nos permitirán diseñar y producir telas que ven, oyen, sienten, comunican, almacenan y convierten energía, regulan la temperatura, monitorean la salud y cambian de color —el amanecer de una «revolución de telas».

Un elemento clave para la implementación y adopción de estas nuevas tecnologías con fabricantes en todo EE. UU. son los Proyectos Piloto de Integración de MEP en Institutos Manufacturing USA que comenzaron en 2016. Algunos de los principales objetivos del piloto son:

• aumentar la conciencia de los pequeños fabricantes estadounidenses sobre las áreas de enfoque y recursos de los Institutos Manufacturing USA;
• asegurar la participación de pequeños fabricantes estadounidenses en los procesos y actividades asociados con informar y desarrollar las agendas de investigación de los Institutos;
• aumentar la participación de pequeños fabricantes estadounidenses en la investigación de los Institutos Manufacturing USA; y
• asegurar la transición de resultados de investigación de los Institutos a pequeños fabricantes estadounidenses para implementación.

Solo el comienzo

El desarrollo de power suits apenas araña la superficie de los avances posibles con la integración de fenómenos físicos, nanomateriales y adopción de nueva tecnología. La producción comercial de productos de vanguardia, como estos, requiere cadenas de suministro que integren nuevos desarrollos y procesos tecnológicos. A través de la colaboración de Institutos Manufacturing USA y centros MEP, los fabricantes podrán acceder a mercados que de otro modo habrían sido inaccesibles, mientras llevan productos innovadores a los consumidores.

Si está interesado en aprender más sobre estos desarrollos, por favor contacte a su Centro MEP local o a la sede de NIST MEP al 301-975-0413.

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^1. «La nanotecnología podría traernos un nuevo 'traje de poder'», CEN.ACS.ORG, 16 de enero de 2017, P15-17.