Sustainable and Circular Wireless E-Textiles based on Modular Flexible Radio Frequency contactless Interposers
本文提出了一种可持续、模块化的无线电子织物系统，该系统利用非接触式、电容耦合的柔性中介层，在实现高性能千兆比特数据传输和有源射频电路集成的同时，支持溶剂辅助回收，从而显著降低环境影响。
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想象这样一个世界：我们所穿的衣物不仅仅是织物，而是能够监测我们的健康、与我们的设备通信、甚至能适应周围环境的智能伴侣。这一愿景依赖于“智能纺织品”或“电子纺织品”，它们将织物的柔软、灵活特性与手机和电脑中那种坚硬、强大的芯片融合在一起。多年来，工程师们一直致力于将这两种截然不同的材料结合起来。传统方法涉及将坚硬的电子元件直接焊接在柔软的织物上，而这一过程会产生易碎的薄弱点，当衣服拉伸或弯曲时极易损坏。此外，一旦这些电子元件被缝入衬衫，就几乎无法拆卸，这意味着当衣物达到使用寿命时，珍贵的芯片往往会随织物一起被丢弃，从而导致电子垃圾堆积如山。挑战在于创造一种既足够强韧以传输高速数据，又足够灵活以随身体运动，且具备模块化特征以便拆卸和重复使用的连接方式。
格拉斯哥大学的一个研究小组开发出了一种新方法，在不使用任何物理胶水或焊料的情况下解决了这些问题。他们没有将坚硬的电路板强行压在布料上，而是创建了一个系统，让这两个组件仅仅是叠放在一起，接触但不连接。他们称之为“无接触”接口。电子元件安装在一个薄且灵活的电路板上，而织物上则印有特殊的银线，作为信号传输的路径。当电路板放置在织物上方时，这两层结构形成了一个微型电容器——一种可以储存电能的装置。这个电容器充当了桥梁，允许无线电信号跨越电路板与织物之间的间隙，而无需物理导线或熔化的焊点来连接它们。这有点像将两张纸紧贴在一起；尽管它们没有粘在一起，但磁场可以在其间传递，而在这种情况下，则是电信号通过空气间隙进行传输。
研究人员测试了这种方法，以观察它是否能够处理现代无线通信所需的高速数据。他们发现这种连接非常高效，信号从电路板传递到织物时的损耗极小。他们能够以高达每秒 3.6 Gbps 的速度传输数据，这足以支持高清视频流或复杂的实时医疗监测。为了证明系统的稳健性，他们使用了高功率无线电信号对其进行了压力测试，类似于强力发射器所使用的信号。即使系统在高功率下运行，织物的温度也几乎没有上升，保持在不会损坏材料或伤害穿着者的水平以下。他们还构建了一个完整的无线系统，将这些柔性电路连接到直接印在布料上的小型天线上，并演示了它如何成功地通过空气发送和接收信号。
这项工作最显著的意义在于它改变了智能服装的生命周期。由于电子板不是永久粘在织物上的，因此在衣服穿旧时可以轻松拆卸。研究人员展示了一个简单的回收过程：他们使用一种温和的溶剂和少许热量来软化固定电路板的那一层。这使得他们能够剥离旧织物上的珍贵电子模块而不损坏它。随后，他们将回收的模块安装到一块新的布料上，其性能与全新的模块一样出色。这意味着昂贵且高能耗的电子部件可以多次重复使用，而织物本身则可以单独丢弃或回收。
通过计算这一过程对环境的影响，团队表明重复使用电子模块显著降低了制造智能服装的碳足迹。制造芯片所需的能量和材料是这些设备环境成本的主要来源。通过让这些芯片在多代服装中持续使用，研究人员发现，每重复使用一次，每个设备的全球变暖潜势就会下降至少 23%。这项工作不仅提供了一种连接导线的新方法，更提供了一种思考未来可穿戴技术的新方式——在这种未来中，高性能电子设备与可持续时尚可以共存，且互不影响其耐用性或环境稳定性。
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