ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРИКОТАЖ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ: МОНИТОРИНГ, ТЕРАПИЯ И КОМФОРТ

АННОТАЦИЯ

Исследование направлено на создание Е-текстиля из трикотажа, подходящего для ежедневного использования и специально адаптированного для нужд людей с хроническими заболеваниями. Нами предлагаются безрукавка и наколенники, оснащенные подогревающими элементами и специальным датчикам для измерения температуры тела человека. Комфортная конструкция изделии позволяет использовать их как спортсменам во время тренировок, так и в повседневной жизни. Изделия разработаны из шерстяной пряжи с использованием переплетении: двойная кулирная гладь, пресс и ластик 2Х2.

В процессе разработки наколенников были исследованы образцы различной плотности с использованием двойной кулирной глади. Края наколенников связаны ластиком для обеспечения надежной фиксации благодаря его высокой формоустойчивости.

Для основной части безрукавки было выбрано переплетение пресс, так как оно обеспечивает хорошую формоустойчивость и позволяет создать рельефность и объемность, что делают его популярным для теплых вещей. Двойная кулирная гладь была применена при формировании нижней части безрукавки для обеспечения необходимой конструктивной прочности и возможности последующего монтажа электронного элемента.

Интеграция в изделия элементов подогрева и датчика температуры тела осуществляется через специально предусмотренные отверстия, которые были образованы в процессе вязания двойной кулирной гладью.

ABSTRACT

This study explores the development of smart electronic textiles (E-textiles) crafted from knitted fabrics, designed for everyday wear and specifically engineered to meet the needs of individuals with chronic conditions. We propose the design of a vest and knee braces equipped with heating elements and specialised sensors for monitoring human body temperature. The ergonomic structure of these garments ensures their suitability for both athletes during training sessions and for everyday wear. The products are made from wool yarn using various knitting techniques, including double jersey, press stitch, and 2x2 ribbing.

During the development of the knee braces, samples of varying densities were examined, employing the double jersey technique. The edges of the braces were finished with ribbing to ensure secure fixation due to its superior dimensional stability.

For the main section of the vest, a press stitch was selected, providing excellent shape retention, a three-dimensional texture, and enhanced thermal insulation—qualities that make it ideal for warm clothing. The lower part of the vest incorporates double jersey knitting to ensure structural integrity and facilitate the integration of electronic components.

The heating elements and temperature sensors are integrated through specially designed openings formed during the knitting process using double jersey construction.

Ключевые слова: инновационная технология, трикотаж, умные и интеллектуальные ткани, электронный текстиль, e-ткань.

Keywords: innovative technology, knitwear, smart and intelligent textiles, electronic textiles, e-textiles.

ВВЕДЕНИЕ

За минувшее десятилетие текстильная промышленность поднялась на новый уровень благодаря инновационным технологиям. Появились умные и интеллектуальные ткани, а также электронный текстиль, или e-ткань.

Хотя умные ткани уже не являются фантастикой, их массовое распространение – дело ближайшего будущего. Представьте костюмы, которые сами адаптируются к погоде, обеспечивая оптимальный комфорт. Для людей с хроническими заболеваниями появятся “умные” медицинские изделия с датчиками, следящие за их состоянием и даже осуществляющие необходимые медицинские процедуры. Спортсмены же уже сегодня ощущают преимущества умных тканей, регулирующих температуру тела, снижающих сопротивление и собирающих данные о тренировках [1 – 5].

Электронный текстиль, или е-ткань, — это разновидность умных и интеллектуальных тканей, которые включают в себя электронику [6 – 9]. Датчики могут прикрепляться к одежде, как это представлено у спортивных брендов Adidas, Nike и Under Armour, а могут быть встроены в предмет одежды, как у Samsung, Alphabet, Ralph Lauren и Flex.

Мы видим будущее за умным текстилем в повседневной жизни, который будет не только удобен и практичен, но и полезен для людей с хроническими заболеваниями. Связи с этим, наше исследование направлено на создание умного текстиля из трикотажа, подходящего для ежедневного использования и специально адаптированного для нужд людей с хроническими заболеваниями [10 – 12].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объектом исследования выбраны безрукавка и наколенники из шерстяной пряжи (меринос, 32Х2 текс). Использованы переплетения: двойная кулирная гладь, пресс и галстик 2Х2. Также применены дополнительные элементы и грелки для подогрева изделии.

Трикотажное переплетение - двойная кулирная гладь состоит из двух слоев петель, переплетающихся между собой. Благодаря двухслойной структуре, ткань обладает большей стабильностью и устойчивостью к растяжению и деформации по сравнению с однослойной кулирной гладью. Двойная кулирная гладь была применена при формировании нижней части безрукавки и основной части наколенника для обеспечения необходимой конструктивной прочности и возможности последующего монтажа электронных элементов.

Прессовое переплетение позволяет создавать разнообразные текстуры и узоры, от простых вертикальных полос до сложных геометрических рисунков. Переплетение пресс выбрано для вязания основной части безрукавки.

Выбор шерстяной пряжи обусловлен следующими факторами: шерстяное волокно характеризуется уникальной структурой, обуславливающей его превосходные эксплуатационные свойства. Чешуйчатая поверхность волокна обеспечивает высокие показатели теплоизоляции и воздухопроницаемости. Гигроскопичность шерсти, обусловленная наличием аминокислотных остатков, позволяет ей эффективно поглощать влагу, поддерживая оптимальный микроклимат. Кроме того, шерсть обладает природными антимикробными свойствами и устойчива к образованию запахов. Длительный срок службы и экологичность делают шерсть привлекательным материалом для текстильной промышленности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В процессе разработки наколенников были исследованы образцы различной плотности (глубина кулирования 350 и 330) с использованием двойной кулирной глади (рисунок 1). В результате исследований было установлено, что для наколенников оптимальной является глубина кулирования 330, полученная при вязании двойной кулирной гладью. Данный параметр обеспечивает лучшую формоустойчивость изделия по сравнению с образцами большей глубиной кулирования (350).

Рисунок 1. Образцы различной плотности для наколенников

Интеграция элементов подогрева в изделия осуществляется через специально предусмотренные отверстия, которые были образованы в процессе вязания двойной кулирной гладью (рисунок 2). Края наколенника связаны ластиком для обеспечения надежной фиксации благодаря его высокой формоустойчивости.

В результате получены комфортные и стильные наколенники с подогревом, которые можно использовать ежедневно, при этом их конструкция и функциональность адаптированы для удобство и потребностей людей с хроническими заболеваниями (рисунок 3).

Рисунок 3. Наколенники с подогревом

Также нами предлагается безрукавка, оснащенная электронными элементами и обладающая комфортной конструкцией, что позволяет использовать ее как спортсменам во время тренировок, так и в повседневной жизни.

Для определения подходящего переплетения изделия были исследованы образцы, выполненные с использованием фанга и пресса в различной плотности вязания (рисунок 4).

Рисунок 4. Образцы трикотажного переплетения: а-фанг; б-пресс

Для основной части изделия было выбрано переплетение пресс, так как оно обеспечивает хорошую формоустойчивость и позволяет создать рельефность и объемность, что делают его популярным для теплых вещей.

Двойная кулирная гладь была применена при формировании нижней части безрукавки для обеспечения необходимой конструктивной прочности и возможности последующего монтажа электронного элемента (рисунок 5, 6).

Рисунок 5. Электронные элементы: а- для подогрева изделии; б- для измерения температуры тела человека

Рисунок 6. Нижняя часть безрукавки: отверстие для ввода электронного элемента

Благодаря адаптации конструкции текстиля и структуры трикотажного переплетения удалось разработать изделия, обеспечивающие подогрев за счет интегрированного греющего элемента. Датчик температуры тела для человека интегрирован в область проймы рукава изделия (рисунок 7).

Рисунок 7. Безрукавка с электронными элементами

Таким образом, разработано изделие с электронными элементами, которое сочетает в себе функциональность обычной безрукавки с возможностями, предоставляемыми встроенной электроникой. Изделие разработано для контроля температуры тела человека, также для обеспечения комфорта и защиты от переохлаждения в различных ситуациях. В первую очередь, оно предназначено для людей с особыми потребностями, связанными со здоровьем, и спортсменов, занимающихся зимними видами спорта. Также изделие может защитить водителей от дискомфорта, вызванного холодной спинкой сиденья, предотвращая переохлаждение спинных нервов до начала работы системы обогрева.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, представленная разработка демонстрирует возможность создания трикотажных изделий с электронными элементами, сочетающих в себе высокие потребительские свойства и технологичность производства. Выбор прессового переплетения в сочетании с двойной кулирной гладью позволил достичь оптимального баланса между эффективностью интеграции электронных элементов, комфортом при носке и эстетической привлекательностью. Полученные результаты открывают новые перспективы для расширения ассортимента электронного текстиля, востребованного как в сфере спорта и активного отдыха, так и для повседневного использования людьми с различными потребностями.

Список литературы:

1. Щигорец Н.А., Рыбаулина И.В. Инновационные материалы. Умный текстиль innovative materials. smart textiles. Технология текстильной промышленности. № 4 (412). 2024. С. 21 – 28. DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_21;
2. Rebecca R. Ruckdashel, Dhanya Venkataraman, and Jay Hoon Park. Smart textiles: A toolkit to fashion the future. J. Appl. Phys. 129, 130903 (2021). doi: 10.1063/5.0024006;
3. Tasnim, A. Sadraei, B. Datta, M. Khan, K. Y. Choi, A. Sahasrabudhe T. A. Vega Gálvez, I. Wicaksono, O. Rosello, C. Nunez-Lopez, and C. Dagdeviren, “Towards personalized medicine: The evolution of imperceptible health-care technologies,” Foresight 20(6), 589–601 (2018);
4. B. Moradi, R. Fernandez-Garcia, and I. Gil, “Effect of smart textile metamate-rials on electromagnetic performance for wireless body area network systems,”Text. Res. J. 89(14), 2892–2899 (2019);
5. N. Bryan-Kinns, Y. Wu, S. Liu, and C. Baker, “WEAR sustain network: Ethicaland sustainable technology innovation in wearables and etextiles,” in IEEE Games, Entertainment, Media Conference (GEM), Galway, Ireland, August15–18, 2018 (IEEE, 2018);
6. C.-S. Lam, S. Ramanathan, M. Carbery, K. Gray, K. S. Vanka, C. Maurin,R. Bush, and T. Palanisami, “A comprehensive analysis of plastics and microplastic legislation worldwide,” Water Air Soil Pollut. 229, 345(2018);
7. K. Nesenbergs and L. Selavo, “Smart textiles for wearable sensor networks: Review and early lessons,” in 2015 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA) Proceedings, Turin, 7–9 May 2015(IEEE, 2015);