Skjermen er ikke sydd inn i stoffet som en separat komponent. Det er selve tekstilen som fungerer som display. Teknologien bygger på trykkfølsomme elektroniske fibre med små LED-brikker, elektriske forbindelser og et berøringsfølsomt lag.

Forskerne ved National University of Singapore (NUS) kaller fibrene «digital pixel fibers». Hver fiber er rundt 1 millimeter tykk og 10 meter lang. Ved å veve flere slike fibre inn i et klesplagg kan de lage et fleksibelt tekstil som både viser informasjon og registrerer berøring.

54 fibre ble til et skjermfelt i et erme

I demonstrasjonen bygget forskerne inn 54 elektroniske fibre i underarmen på et erme. Hver fiber inneholder 96 lysdioder, noe som gir en skjerm på 96 × 54 piksler. Skjermflaten måler 168 × 105 millimeter, har en oppdateringsfrekvens på 30 bilder per sekund og en fargedybde på 8 bit.

Oppløsningen er lav sammenlignet med moderne skjermer, men prototypen kan likevel vise gjenkjennelige bilder, animasjoner og enkle grafiske grensesnitt. LED-ene kan vise ulike farger ved å justere lysstyrken i røde, grønne og blå lyselementer.

Ved siden av skjermfibrene la forskerne inn en mikrofon, en høyttaler og flere sensorer i fleksible fibre. Prosjektet er beskrevet i tidsskriftet Nature.

Over 5 000 brikker i én fiberkonstruksjon

Utviklingen krevde at svært mange elektroniske komponenter ble samlet i en struktur som fortsatt skulle være like tynn og bøyelig som en tråd. Forskerne startet med å plassere tusenvis av små RGB-LED-brikker på rekke. Deretter la de svært tynne, isolerte kobbertråder langs brikkene.

Med en programmerbar laser fjernet de isolasjonen på bestemte punkter der kobbertrådene skulle kobles til lysdiodene. Så brukte de loddemetall og varme for å feste forbindelsene bare til de blottlagte delene av kobberet. Metoden gjorde det mulig å koble sammen mer enn 5 000 elektroniske brikker gjennom over 20 000 elektriske forbindelser.

Deretter brukte forskerne en prosess kalt termisk trekking. En større polymerstruktur ble varmet opp til materialet ble mykt, før den ble strukket til en langt tynnere og lengre form. Samtidig ble den sammenkoblede LED-stripen ført inn i strukturen. Elektronikken ble dermed kapslet inn i en gjennomsiktig, fleksibel polymer, mens ledende lag under LED-ene ble brukt til berøringsregistrering.

Hver fiber fungerer som en lang, smal skjerm

Den ferdige fiberen fungerer i praksis som et langt og smalt digitalt display. En kontroller sender digitale instrukser gjennom kobbertrådene og bestemmer hvilken farge hver LED skal vise, samt hvor sterkt den skal lyse.

Hver lysdiode mottar sine egne instrukser og sender resten av datastrømmen videre til neste diode. På den måten kan hele rekken vise ulike farger og mønstre samtidig. Når 54 slike fibre settes sammen i ermet, blir de til et todimensjonalt skjermfelt der hver av de 96 LED-ene i hver fiber kan styres individuelt.

De øvrige elektroniske fibrene gir plagget flere funksjoner. En mikrofon og høyttaler gjør det mulig å bruke talekommandoer og spille av lyd. Bevegelsessensorer registrerer bevegelse og orientering, mens et magnetometer kan brukes som kompass. En temperatursensor måler kroppstemperatur, og en sensor for omgivelseslys kan justere skjermens lysstyrke automatisk.

Samlet kan ermet blant annet spille av video med lyd, reagere på talekommandoer, rotere visningen automatisk og vise brukerens kroppstemperatur.

Skal tåle vask og gjentatt bøying

Forskerne opplyser at elektroniske tekstiler og smarte plagg allerede finnes, men at mange tidligere løsninger enten fester elektroniske komponenter til stoffet eller begrenser seg til enklere funksjoner for registrering og belysning.

Det som skiller NUS-prototypen, er at den programmerbare, berøringsfølsomme grafiske brukerflaten er bygget av elektroniske fibre som samtidig utgjør en del av selve plagget. Forskerne demonstrerte også at tekstilet tålte 50 vaskesykluser i vaskemaskin og 1 000 bøyesykluser uten vesentlig svekkelse av skjerm- eller berøringsfunksjonen.

Produksjonsmetoden skal samtidig ha gjort det mulig å integrere mer enn 5 000 brikker og over 20 000 elektriske forbindelser, uten at materialet mistet fleksibiliteten og pusteevnen som kreves i et plagg.

Kan brukes til varsler, helse og navigasjon

Mulige bruksområder er klær som viser varsler, navigasjonsinstruksjoner og annen informasjon uten at brukeren må ta frem telefonen. Innen helse kan slike plagg brukes til kontinuerlig overvåking av blant annet kroppstemperatur og hjertefrekvens, slik at brukeren kan se og samhandle med helsedata direkte på klærne.

Idrettsutøvere kan bruke tilsvarende plagg til å følge med på prestasjoner. I industrielle miljøer kan arbeidere få sikkerhetsvarsler og arbeidsinstruksjoner vist på ermet. Forskerne ser også for seg at kunstig intelligens kan integreres i fremtidige versjoner, slik at klærne kan reagere mer intelligent på brukeren og omgivelsene.

Teknologien har likevel klare begrensninger. En tråd på 1 millimeter er relativt tykk, og skjermoppløsningen er fortsatt lav etter dagens standard.

Forskerne arbeider nå med å forbedre oppløsningen ved å utvikle mindre elektroniske komponenter og tynnere fibre. De vil også integrere mer avanserte sensorer og kunstig intelligens som kan kjøre direkte på enheten. Målet er å samle skjerm, berøringsregistrering og intelligent databehandling i én tekstilplattform.