Co to jsou smart textilie?

Podle funkce je možné textilie klasifikovat jako konvenční, funkční a smart - inteligentní. Ve všech kategoriích lze textilie také dělit dle způsobu použití na oděvní a technické.
V kategorii konvenčních (běžných) textilií, oděvní textilie slouží především jako oblečení. Jejich průměrná spotřeba na jedince je cca 15-20 kg/rok. Technické textilie mohou podle svého určení plnit různé funkce, nejčastěji jsou to funkce čistící, dekorativní, izolační (teplo, zvuk), ochranné apod.
Textilie zařazené do kategorie funkčních textilií poskytují přidanou specifickou funkci nad rámec výše uvedených základních funkcí. Tuto funkci poskytují stabilně bez ohledu na podmínky okolního prostředí. Postupem času od zavedení inovace na trh se textilie funkční stávají ve vnímání spotřebitelů běžnými - konvenčními (např. elastomerová vlákna, dutá vlákna, vodoneproprustné, dýchající membrány,…). Tyto textilie jsou většinou konstruovány jako multifunkční a specializované (např. transport vlhkosti a tepla, vodonepropustnost, paropropustnost, trvalé antistatické, antibakteriální vlastnosti, nehořlavost, komfort,…). Použití mohou nacházet jako např. ochranné oděvy (do superčistých provozů, pro armádu, zdravotnictví, sport,…). Nové funkce může být dosaženo vložením funkčního prvku v jakémkoliv stupni technologie (vlákna z nových materiálů, nových konstrukcí, nová struktura, technologie výroby, finální úpravy).
Textilie označované jako "smart" čili inteligentní mohou zahrnovat širokou škálu výrobků. Při rozhodování, zda je označení výrobku oprávněné nebo se jedná pouze o marketingový tah, lze vycházet z definice umělé inteligentní struktury. Takováto struktura má schopnost tvořit rozhodnutí na základě vnějších podnětů (smyslových, mechanických, chemických, …). Inteligentní textilní struktury jsou označením struktur citlivých na vnější podněty, vyrobených v návaznosti na textilní technologii. Podle typu reakce lze smart textilie dělit na:
1) pasivní - citlivé na vnější podněty, reagují pouze nevratně,
2) aktivní - schopné poznat změnu vnějších podnětů a reagovat vratně, reakce je vždy stejná,
3) velmi inteligentní - citlivé na vnější podněty, schopné vratné reakce a přizpůsobení se. Do této kategorie nejčastěji spadají výrobky označované jako oblékací (weareable) elektronika.
Základní komponenty přítomné ve smart strukturách jsou: v pasivních strukturách čidla, v aktivních smart strukturách čidla a akční členy a ve velmi inteligentních strukturách mohou být zastoupeny čidla, kontrolní jednotka, akční členy, systémy uložení (dat, energie) a přenosu dat.
Výhodou textilních struktur jako nosiče inteligentních reakcí je především možnost poskytování vysokého komfortu, trvanlivost, snadná údržba, nízká měrná hmotnost spojená s dobrou pevností, tažností, elasticitou, extrémně velký měrný povrch, snadná výroba, ergonomie, testování, likvidace, cenová dostupnost.

Cesty vedoucí ke smart textilním strukturám mohou být následující:
1) použití nových a netradičních materiálů a struktur na atomární a molekulové úrovni, aktivace textilních povrchů;
2) konstrukce nových materiálů a struktur složením známých základních složek (připojení aktivních parasitických elementů do struktury nebo přímo jejich zakotvení ve struktuře).
Jako příklad materiálů používaných v pasivních smart textiliích (čidlech) mohou být uvedena optická vlákna (měření a monitorování změn UV, viditelného, IČ záření, vlhkosti, přítomnosti iontů, chemikálií, mechanické energie, apod.), vlákna z bioaktivních materiálů (postupné uvolňování substancí během nošení,…), vodivé polymery.
Pro konstrukci aktivních textilních struktur (akčních členů) může být použita řada materiálů, které reagují na podněty (změny) např.: elektromagnetické energie (UV, viditelné, IČ záření), chemické energie (vlhkost, přítomnost iontů, ...) mechanické energie (tlak, krut,…) odezvou (změnou) např.: tvaru (bobtnání, sráživost), barvy (odstín, intensita), el. vodivosti, látkového stavu (změna fáze, krystalinity) apod. Aplikacemi jsou např. chameleonní textilie, které mění barvy v závislosti na světle či teple. Anebo teplo ukládající, uvolňující textilie, konstruované na principu materiálů měnících fázi v závislosti na přednastavené teplotě. Textilie s tvarovou pamětí, textilie senzitivní na pH, vlhkost, koncentrace solí tak, že jejich struktura může dramaticky bobtnat nebo kolabovat. Dalšími příklady může být použití aerogelů nebo auxetických materiálů (s negativním Poissonovým číslem, při deformaci se rozšiřují).
Pro aktivaci textilních povrchů jsou nejčastěji používány technologie tisku, laminace, impregnace funkčních prvků ve formě nanovrstev, které při relativně nízké hmotnosti a spotřebě materiálu poskytují tisícinásobně větší reakční funkční plochu a neovlivňují negativně fyziologické vlastnosti textilie (omak, splývavost,…), (příklad - samočisticí povrchy).
Další možnost aktivace povrchů je připojení (vložení) aktivních prvků na bázi mikro, a nano částic - tzv. enkapsulace. Enkapsulace představuje uzavření aktivní substance do porézního obalu (slouží k absorpci pachů, chemikálií, uvolňování vůní, antibakteriálních a antivirových substancí, insekticidů) nebo neporézního obalu (látky měnící skupenství - textilie zadržuje teplo,...).
K integraci elektroniky a mikrosystémů do textilií jsou užívány dva hlavní způsoby. Pod označením první generace se setkáváme s výrobky z konvenčních textilních materiálů s připojenými elektronickými čidly na nemocné pacienty (tzv. telemedicína, snímání životních funkcí, vysílání signálu, přenos dat,…). Pro plnou integraci elektroniky do textilií je nutno dořešit miniaturizaci flexibilní formy (tzv. polymerní elektronika) elektronických součástek. Ale předpokládané výhody, včetně nízké ceny, činí tuto myšlenku uskutečnitelnou do 5 - 10 let. Třetí generace smart textilií - vlákna s integrovanou mikroelektronikou, lze v současné době označit za smělou vizi.
Při vývoji a výrobě textilních smart struktur je nutná multidisciplinární spolupráce (materiálové inženýrství, strukturní mechanika, biologie, biomimetika, medicína, chemie, elektrotechnika, mikroelektronika,….). Během takového vývoje a výzkumu se mažou hranice mezi tradičními vědními disciplínami.

ZDROJ: BVV