KR102205578B1 - 전기 전도성 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법 - Google Patents

전기 전도성 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법 Download PDF

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Abstract

전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일은 텍스타일에 대한 감지 활성을 선택하고, 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로부터 변수들의 조합을 선택하며, 선택된 변수들의 조합에 따라서 텍스타일에서 전기 전도성 얀을 편직하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, 변수들의 편직 조합은 감지 활성에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 관련된 텍스타일에서의 최적 접촉 저항을 제공한다. 변수들의 편직 조합은 최적 접촉 저항과 관련된 전기 전도성 얀에 대한 예측 가능한 얀 접촉 저항을 제공할 수 있다.

Description

전기 전도성 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법{METHOD FOR OPTIMIZING CONTACT RESISTANCE IN ELECTRICALLY CONDUCTIVE TEXTILES}
본 발명은 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화시키는 방법, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일에 관한 것이다. 접촉 저항은 특별히 요망되는 사용을 위해 예측 가능한 파라미터에 따라 물리적, 화학적 및/또는 기계적 변수를 조정함으로써 얀 또는 텍스타일 제품의 특별히 요망되는 사용을 위해 최적화될 수 있다.
텍스타일 재료(textile material)에 전기 회로를 구성하는 것은 여러 과제를 나타낸다. 텍스타일에서의 일반적인 전기 회로는 직물에 편직되거나 직조된 전도성 섬유, 및 텍스타일 구조에 삽입된 커패시턴스(capacitance) 또는 생체전기 센서, 변환기, 등을 포함한다. 이러한 노력은 전도성 직물이 착용자의 피부에 착용되기 어려울 수 있거나 작은 표면적으로 제한되어야 한다는 것과 같은 단점을 갖는다. 직물에 부가된 센서를 갖는 의복에서, 디자인 공정은 복잡하게 되며, 제작 비용은 증가된다.
텍스타일에서의 더욱 더 중요한 분야는 생리학적 데이터를 나타내는 전기 신호가 의복으로부터 수집되고 예를 들어, 건강 관리 전문가에 의해 모니터링하고, 평가하고, 조정하기 위해 원격 위치로 전달되는 "지능형 텍스타일(intelligent textile)"의 분야이다. 그러나, 이러한 텍스타일 디바이스가 텍스타일 쉘(textile shell)에 배치되고 의류(apparel)로서 착용된 고체 상태 전자장치를 포함하기 때문에, 이러한 텍스타일 디바이스는 일반적으로 실제로 "지능형" 텍스타일이 아니다.
이전의 노력은 이러한 "지능형 텍스타일"을 제공하기 위해 이루어진 것이다. 예를 들어, 하나의 시도는 변형도(degree of deformation)에 따라 달라지는 전기 저항을 갖는 뒤얽힌 얀(intertwined yarn)의 변형-민감성 편직된 또는 직조된 직물 구조를 포함한다. 전기적 전달을 향상시키기 위한 다른 시도는 접촉 저항이 인가된 압력에 따라 변하도록 쓰레드 접촉(thread contact)이 압저항 접합(piezo-resistive junction)으로 이루어진 전도성 쓰레드로부터 구조화된 센서 어레이를 포함한다. 다른 직물은, 섬유 접촉 저항이 압축력과 관련될 수 있도록, 편직물에 통합된 압력-활성화된 전기 센서를 포함한다. 압력 및 응력(strain)을 감지하도록 디자인된 다른 편직물(knitted fabric)은 단일 전도성 얀 타입을 사용하며, 여기서, 인가된 압력 또는 응력은 얀의 인접한 루프(loop)들 간의 상이한 접촉 구역 및 저항을 야기시킨다. 또 다른 예에서, 편직된 전자 변환기는 코스(course) 또는 웨일(wale) 방향에서의 연장이 변환기에서의 루프들을 분리시키거나 합하여, 물품의 전기적 저항을 달라지도록, 전도성 얀과 비-전도성 얀의 조합을 포함한다. 그러나, 이러한 노력들은 이러한 디바이스에서 접촉 저항의 과제들을 적합하게 극복하기 위한 텍스타일의 최적의 구조를 다루지 않고 있다.
이에 따라, 전기적 접촉 저항 및 구조의 변형에 대한 감도를 조절하기 위한 얀 접촉 구역의 위치 및 크기를 조절하기 위해 텍스타일 구조를 디자인하는 방법이 요구되고 있다. 접촉 저항의 조절을 개선시키고 예측 가능한 스티치 구조를 사용하는 이러한 방법이 요구되고 있다. 특정 적용을 위해 텍스타일 구조를 변형시키기 위한 수단을 제공하는 이러한 방법이 요구되고 있다. 텍스타일 센서에서 단일 전도성 섬유 타입을 사용할 수 있는 이러한 방법이 요구되고 있다. 힘, 압력, 운동 또는 온도에 대한 센서로서 텍스타일 구조를 사용할 수 있는 이러한 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하기 위한 방법, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일의 구체예는 텍스타일에 대한 감지 활성(sensing activity)을 선택하고; 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 변수들의 조합을 선택하고; 변수들의 선택된 조합에 따라 텍스타일에서 전기 전도성 얀을 편직화(knit)하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, 변수들의 편직 조합(knitted combination)이 감지 활성에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 관련된 최적 접촉 저항을 텍스타일에 제공한다. 일부 구체예에서, 변수들의 편직 조합은 최적 접촉 저항과 관련된 전기 전도성 얀을 위한 예측 가능한 얀 접촉 구역을 제공한다.
전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화시키기 위한 방법, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일의 다른 구체예는 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 변수들의 조합을 선택하고; 변수들의 선택된 조합에 따라 텍스타일에서 얀 접촉 구역을 갖는 전기 전도성 얀을 편직화하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 변수들의 편직 조합은 텍스타일에서 조절 가능한 양의 접촉 저항을 제공한다. 일부 구체예는 텍스타일에 대한 감지 활성을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 텍스타일에서 조절 가능한 양의 접촉 저항은 감지 활성을 위한 요망되는 전기 전도도와 관련이 있다.
일부 구체예는 감지 활성을 위한 측정 감도를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 변수들의 편직 조합은 측정 감도에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 관련된 텍스타일에 최적 접촉 저항을 제공할 수 있다. 다양한 구체예에서, 감지 활성은 인장력, 압축력, 운동, 온도 및 생리학적 활성을 감지하는 것으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 텍스타일의 일부 구체예는 텍스타일에 편직되고 감지 활성을 위해 구성된 전기 전도성 얀을 포함하는 감지 구역; 및 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 선택된 변수들의 조합을 포함하는 감지 구역을 포함할 수 있으며, 여기서 변수들의 조합은 감지 활성을 위한 요망되는 전기 전도도와 관련된 텍스타일에서의 최적 접촉 저항을 제공한다. 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 최적 접촉 저항과 관련된 전기 전도성 얀에 대한 예측 가능한 얀 접촉 구역을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 텍스타일의 일부 구체예는 텍스타일에 편직된 전기 전도성 얀을 포함하는 감지 구역; 및 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 선택된 변수들의 조합을 포함하는 감지 구역을 포함할 수 있으며, 여기서 변수들의 조합은 텍스타일에 조절 가능한 양의 접촉 저항을 제공한다. 이러한 일 구체예에서, 감지 구역은 감지 활성을 위해 구성될 수 있으며, 텍스타일에서 조절 가능한 양의 접촉 저항은 감지 활성을 위한 요망되는 전기 전도도와 관련될 수 있다.
변수들의 조합은 얀 타입, 얀 제작 방법 및 얀 총수를 포함하는 얀 변수; 스티치 패턴, 스티치 길이 및 스티치 백분율을 포함하는 스티치 변수; 및 전기 저항률, 직물 두께, 직물 중량, 광학적 다공도(optical porosity) 및 영구 신축률(percentage permanent stretch)을 포함하는 텍스타일 변수로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하기 위한 방법 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 제품들의 특징들은 본 발명의 하나 이상의 구체예에서, 단일로, 또는 조합하여 달성될 수 있다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하기 위한 방법 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 제품의 여러 상이한 구체예가 가능하다. 본 발명의 추가적인 용도, 장점 및 특징들은 본원의 상세한 설명에서 논의되는 예시적인 구체예에 기술되어 있고, 하기 시험 시에서 당업자에게 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 싱글 저지 편직 스티치 패턴(single jersey knit stitch pattern)에서 두 개의 상호연결된 얀 단위(interconnected yarn unit)의 도식도이다.
도 2는 싱글 저지 스티치 패턴 대조군과, 상이한 백분율의 미스 스티치(miss stitch) 및 턱 스티치(tuck stitch)를 갖는 4개의 샘플 스티치 패턴에서의 평균 전기 저항률(MER) 수치를 나타내는 표이다. MER은 이완되거나 수축된 코스 또는 이완되거나 수축된 웨일 중 어느 하나를 갖는 각 스티치 패턴에 대해 나타낸 것이다.
도 3a는 싱글 저지 평편직 스티치 패턴(plain single jersey knit stitch pattern)의 개략도이다.
도 3b는 싱글 저지 스티치, 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 편직 스티치 패턴의 개략도로서, 이는 본 발명의 구체예에서 턱 스티치에 얀 접촉 포인트(yarn contact point)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 구체예에서 폴리피롤(Ppy) 전도성 폴리머로 코팅된 싱글 저지, 씨실 편직물(single jersey, weft knitted fabric)에 대한 얀 접촉 구역의 주사전자현미경 이미지이다.
도 5a는 도 2에서의 싱글 저지 스티치 패턴 대조군과, 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 4개의 스티치 패턴에서의 MER의 변화를 도시한 박스 플롯(box plot)이다. MER의 범위는 코스 방향 및 웨일 방향 둘 모두에서 이완된 상태에서의 각 스티치 패턴에 대해 나타낸 것이다.
도 5b는 도 2에서의 싱글 저지 스티치 패턴 대조군과, 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 4개의 스티치 패턴에 대한 코스 및 웨일에서의 평균 전기 저항률에 대한 직물 두께의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5c는 도 2에서의 싱글 저지 스티치 패턴 대조군과, 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 4개의 스티치 패턴에 대한 코스 및 웨일에서의 평균 전기 저항률에 대한 광학적 다공도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 50% 평편 싱글 저지 스티치 패턴(plain single jersey stitch pattern)에 대한 코스 및 웨일에서의 평균 전기 저항률에 대한 광학적 다공도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 웨일(수직) 방향 및 코스(수평) 방향에서 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 스티치 패턴에 대한, 중량 또는 압력 효과를 측정하기 위해 사용된 테스트 리그(test rig)의 사시도이다.
도 8은 도 2에서의 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 4개의 스티치 패턴의 견본에 대한 코스(수평) 방향에서의 상이한 양의 중량에 의해 야기된 전기 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 도 2에서의 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 4개의 스티치 패턴의 견본에 대한 웨일(수직) 방향에서의 상이한 양의 중량에 의해 야기된 전기 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 2개의 샘플 스티치 패턴 각각에 대한 웨일(수직) 방향에서의 발목 바로 아래 라인에서의 전기 저항을 도시한 그래프이다.
도 11은 상이한 백분율의 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 2개의 샘플 스티치 패턴 각각에 대한 웨일(수직) 방향에서의 발의 볼(ball)을 따르는 라인에서의 전기 저항을 도시한 그래프이다.
도 12는 얀 단위 폭, 높이, 갭 및 두께를 도시한, 도 1에 도시된 싱글 저지 편직 스티치 패턴에서의 두 개의 상호연결된 얀 단위의 개략도이다.
도 13은 변형되지 않은 상태의 평편 싱글 저지 스티치 패턴에서 은 편물로 코팅된 다중-필라멘트, 꼬여진 폴리에스터 얀을 포함하는 직물 샘플의 전자현미경 사진이다.
도 14는 변형되지 않은 상태의 평편 싱글 저지 스티치 패턴에 스테인레스 스틸 짧은 섬유 스펀 얀(stainless steel staple fibler spun yarn)을 포함하는 직물 샘플의 전자현미경 사진이다.
도 15는 변형되지 않은 상태와 비교하여 향상된 얀 접촉을 나타낸, 웨일 방향에서 22% 응력 하에서의 도 15의 직물 샘플의 전자현미경 사진이다.
도 16은 변형되지 않은 상태에서와 유사한 얀 접촉을 나타낸, 웨일 방향에서 11% 응력 하에서의 도 13의 직물 샘플의 전자현미경 사진이다.
도 17은 변형되지 않은 상태와 비교하여 감소된 얀 접촉을 나타낸, 코스 방향에서 20% 응력 하에서의 도 15의 직물 샘플의 전자현미경 사진이다.
도 18은 변형되지 않은 상태와 비교하여 약간 적은 얀 접촉을 나타낸, 코스 방향에서 12.5% 응력 하에서의 도 16의 직물 샘플의 전자현미경 사진이다.
도 19는 7개의 시험 온도 각각에서 폴리에스터 및 메리노 울(merino wool) 샘플 각각에 대한 측정된 저항률을 나타낸 표이다.
도 20은 온도에 대해 플롯팅된 도 19의 각 직물 샘플에 대한 저항률 측정치를 도시한 그래프이다.
본 설명의 목적을 위하여, 달리 명시하지 않는 한, 본 설명에서 사용되는 양, 조건 등을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해된다. 이에 따라, 반대로 명시하지 않는 한, 하기 설명에 기술된 수치 파라미터는 본원에 기술된 구체예들에 의해 얻고자 하는 요망되는 성질에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 적어도, 그리고 본 발명의 범위에 대한 균등물의 사상의 적용을 한정하고자 하는 시도로서 아닌 경우에, 각 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 자릿수의 수를 고려하고 일반적인 어림 기술(ordinary rounding technique)들을 적용함으로써 해석될 것이다.
기술된 구체예들에서 넓은 범위로 기술되는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 예에 기술된 수치는 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치는 본질적으로 이들의 개개 시험 측정에서 확인되는 표준 편차로부터 반드시 야기되는 특정 오차를 함유한다. 또한, 본원에 기술된 모든 범위는 그 안에 포함되는 임의의 그리고 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, "1 내지 10"의 기술된 범위는 1의 최소값 및 10의 최대값 사이의 임의의 그리고 모든 하위-범위(경계값을 포함함), 즉 1 이상의 최소값에서 개시하여 10 이하의 최대값에서 끝나는 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 고려될 것이다.
본 설명에서 사용되는 바와 같이, 단수 용어는 문맥이 달리 명확하게 명시하지 않는 한 복수의 지시 대상물들을 포함한다. 이에 따라, 예를 들어, 용어 "얀(yarn)"은 단일의 얀 또는 하나 초과의 얀을 의미하는 것으로 의도된다. 본 명세서의 목적을 위하여, "전방(forward)," "후방(rearward)," "앞(front)," "뒤(back)," "오른쪽(right)," "왼쪽(left)," "상향(upwardly)," 및 "하향(downwardly)" 등과 같은 용어들은 편의를 위한 단어로서 한정적인 용어로서 해석되지 않는다. 추가적으로, "본원에 포함되는(incorporated herein)" 것으로서 지칭되는 임의의 문헌은 이의 전문이 포함되는 것으로서 이해될 것이다.
하기 정의들은 본원에서 설명의 목적을 위한 것이다:
"접촉 저항(contact resistance)": 방정식
Figure 112015084936066-pct00001
는 Holm 접촉 저항 방정식의 표현이며, 상기 식에서, Rc는 접촉 저항이며, ρ는 물질 저항률이며, H는 물질 경도이며, F는 수직력이다. 방정식
Figure 112015084936066-pct00002
는 Holm 방정식의 다른 표현으로서, 이는 텍스타일 기반 접촉 저항과 더욱 관련이 있다. F가 nP로 치환되는데, 여기서 n은 접촉 포인트의 수이며, P는 접촉 압력이다. 물질 경도 및 전기 저항률은 텍스타일의 물질 성질에 따르는 상수이다. 이에 따라, 접촉 저항은 접촉 포인트의 수 및 접촉 압력에 반비례한다. 즉, 접촉 포인트가 많아질수록, 보다 낮은 접촉 저항을 야기시킨다. 이에 따라, 접촉 포인트의 수 및/또는 접촉 압력이 증가함에 따라, 접촉 저항은 감소한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 접촉 저항은 얀 또는 텍스타일에서 전기 전도도의 척도를 제공한다. "마이크로" 스케일에서, 표면 거칠기는 표면-대-표면 접촉을 제한한다. 또한, 압력이 증가함에 따라, 접촉 포인트의 수가 증가하며, 결과적으로 "나노" 스케일에서 개개 접촉 포인트는 보다 큰 접촉 구역으로 "결합한다." "합산으로서의 통합(Integration as Summation)" 및 "유한 요소법(Finite Element Method; FEM)"은 이러한 접촉 포인트의 한계, 및 이에 따라 이러한 것들이 형성시키는 접촉 구역을 결정하기 위해 사용될 수 있는 기술이다.
"코스(course)"는 편직물의 폭을 가로질러 진행하는 상호루핑된(interlooped) 스티치의 수평 열로서 정의된다.
"힘(force)"은 물체의 이동, 방향 또는 기하학적 형상과 관련하여 물체에 특정 변화를 일으키는 임의의 영향으로서 정의된다. 가요성 텍스타일 네트워크와 관련하여, 힘은 직물 구조의 신축, 압축, 또는 이동으로서 나타낼 수 있다.
"미스 스티치(miss stitch)"는 적어도 하나의 니들이 이전 루프(old loop)를 유지시키고 하나 이상의 웨일을 가로질러 임의의 새로운 얀을 수용하지 않는 편직 스티치(knitting stitch)로서 정의된다. 미스 스티치는 인접한 웨일에 존재하지 않는 동일한 코스의 두 개의 루프를 연결시킨다.
"평편 스티치(plain stitch)"는 얀 루프가 직물의 기술적 뒷면(technical back)으로 끌어 당겨진 편직 스티치로서 정의된다. 평편 스티치는 직물의 면 상에 일련의 웨일 또는 길이방향 립(rib) 및 코스, 또는 뒷면 상의 십자방식 루프를 형성시킨다. 평편 스티치는 또한 "싱글-편직 저지 스티치(single-knit jersey stitch)" 또는 "싱글 저지 스티치(single jersey stitch)"로서 지칭될 수 있다.
"턱 스티치(tuck stitch)"는 얀이 니들의 후크(hook)에 유지되고 새로운 루프를 형성시키지 않는 편직 스티치로서 정의된다.
"웨일(wale)"은 직물의 길이를 따라 연속적인 코스에서 하나의 니들의 작용에 의해 형성된 상호루핑된 스티치들의 수직 열로서 정의된다.
특정의 다른 정의들은 본 설명의 다른 곳에 제공된다.
본 발명은 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하기 위한 방법 또는 공정, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 또는 텍스타일 제품의 구체예를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 20은 이러한 구체예를 예시한 것이다. 접촉 저항은 특별히 요망되는 용도에 대해 요망되는 파라미터에 따라 물리적, 화학적 및/또는 기계적 변수를 조정함으로써 얀 또는 텍스타일 제품의 특별히 요망되는 용도에 대해 최적화될 수 있다. 예시적인 구체예는 스티치 패턴, 스티치 패턴 내의 상이한 스티치의 백분율, 스티치 밀도, 얀 조성, 얀 제작 방법, 및/또는 얀 크기를 조절함으로써 텍스타일 구조를 디자인하고/거나 구조화하는 방법을 포함할 수 있다.
이러한 변수를 조절하는 것은 얀 접촉 포인트(얀 접촉 구역(52))의 수, 위치 및 크기(즉, 특성(quality))를 조절할 수 있고, 이에 따라 특정의 측정 타입에 대한 텍스타일 구조의 접촉 저항 및 감도를 최적화할 수 있다. 최적의 센서-특이적 전기 전도도를 위해 접촉 저항을 조절하고 조정하는 능력은 최소한 어느 정도, 스티치, 얀, 및 텍스타일 변수, 또는 특징, 및 얀 접촉 구역(52) 간의 비례적인 관계로 기인한 것이다. 예를 들어, 접촉 저항은 얀 접촉 구역(52)의 크기 및 형상을 변경시키기 위해 전체 편직 구조의 백분율로서 다양한 스티치 타입을 삽입하고 제거함으로써 조절될 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어 얀 자체 내의 섬유들의 상호작용을 포함하는 텍스타일 구조의 3차원 복잡성, 및 텍스타일 구조의 변형 동안 전기적 저항 특징에 대한 조절 가능한 변수의 관계를 고려할 수 있다.
또한, 텍스타일 구조의 특정 용도를 위한 최적 접촉 저항을 제공하기 위한 이러한 스티치, 얀/섬유 및 텍스타일 변수의 선택 및 조절, 예를 들어, 변수 및 상관 접촉 저항의 수학적으로 예측 가능한 선택이 예측 가능할 수 있다.
일부 구체예에서, 이러한 접촉 저항을 최적화하기 위한 방법은 가요성 전기 전도성 얀, 텍스타일 및 제품에 적용될 수 있다. 일부 구체예에서, 편직된 얀은 전기 전도성 센서 또는 센서들의 네트워크로서 기능할 수 있다. 이러한 편직 구조는 꼭 맞고(close-fitting) 편안한 의복을 제조하기 위해 사용될 수 있는 방식으로 제작될 수 있다. 의복은 예를 들어, 압박 의복, 또는 압박 의복과 유사한 방식으로 작용하는 의복일 수 있다. 일부 구체예에서, 텍스타일 구조는 통상적인 의복 내에서 형성되고 센서로서 사용될 수 있다. 즉, 텍스타일 구조물은 통상적인 텍스타일에서와 같이 직물에 전자 부품이 삽입되는 것과 비교하여, 완전히 통합된 편직된 센서를 가질 수 있다. 결과적으로, 텍스타일 구조는 센서들이 텍스타일 구조에서 다양한 요망된 위치에 배치될 수 있도록, 주문 제작될 수 있다. 이러한 센서는 힘, 압력, 응력, 이동, 온도, 생리학적 활성, 및/또는 다른 변수들을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 접촉 저항을 최적화하기 위한 방법은 가요성인 전기 전도성 얀, 텍스타일 및 텍스타일 제품에 적용될 수 있다. 전기 전도성 얀의 가요성 네트워크에서 접촉 저항을 조절하는 것은 텍스타일 구조 자체를 감지 요소로서 작용하게 할 수 있다. 즉, "텍스타일은 센서이다." 이러한 구체예에서, 추가적인 기계적 또는 고체-상태 전기 부품들이 요망되는 변수들을 측정하기 위해 텍스타일에 대해 요구되지 않는다. 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 제품의 일부 구체예는 "센서로서의 텍스타일(textile-as-sensor)" 또는 "텍스타일-센서"로서 교호적으로 기술될 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 가요성 텍스타일-센서는 여러 장점을 갖는다. 예를 들어, 하나의 장점은 접촉 저항을 조절하고 최적화하는 능력의 결과로서, 이러한 텍스타일-센서가 다양한 감지 적용에서 효과적으로 기능할 수 있다는 것이다. 접촉 저항을 조절하고 최적화하는 능력의 다른 장점은 감지 기능을 수행하기 위해 디자인된 텍스타일에서 전도도가 보다 정확한 감지 및 신호 전달을 제공하기 위해 감지되는 신호의 타입에 대해 향상될 수 있다는 것이다. 이러한 텍스타일-센서의 다른 장점은 센서의 형상, 또는 감지 구역이 조절될 수 있다는 것이다. 센서의 기하학적 형상은 이러한 센서가 어떻게 기능하는 지에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 호흡률을 감지하기 위해 사용되는 텍스타일-센서에서, 사인파의 형상을 갖는 센서 또는 감지 구역은 다른 형상을 갖는 센서에 비해 보다 선명한 신호를 제공하고 보다 낮은 전력을 사용한다. 또한, 센서의 타입 및 형상은 감지 활성이 텍스타일-센서와 관련된 신호 전달 및/또는 기록을 위해 전자기기와 어떻게 접속하는지에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 텍스타일-센서에서의 상이하게 형상화된 센서들은 상이한 적용을 위해 유리하게 사용될 수 있다.
텍스타일 구조 자체에서 오로지 전기 신호를 조절하는 다른 장점은 접촉 저항이 거대 스케일 (>2.5 × 10-3 ㎡) 및 나노 스케일로 최적화될 수 있다는 것이다. 텍스타일 구조 자체에서 접촉 저항을 조절하고 최적화하는 능력의 다른 장점은 텍스타일-센서가 임의 수의 감지 구역을 포함하도록 주문 제작될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 이러한 텍스타일-센서는 단일의 큰 감지 구역, 또는 복수의 보다 작은 감지 구역들을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 텍스타일-센서 능력은 심지어 추가의 감지 기능성을 제공하기 위해 다른 섬유/얀 물질 특징과 결합될 수 있다.
이러한 텍스타일-센서의 구체예들의 다른 장점은 감지 구조물이 직물의 단일 층을 포함할 수 있다는 것이다. 반대로, 통상적인 센서, 예를 들어 용량성 타입 센서는 기능하기 위해 직물의 복수 층 및 고정판들을 필요로 할 수 있다. 이러한 텍스타일-센서의 구체예는 직물 층들을 부가하지 않고 여라 타입의 감지를 허용하는 저항성 센서 네트워크를 포함할 수 있다. 결과적으로, 이러한 텍스타일-센서의 일부 구체예는 피부에 대해 용이하게 착용될 수 있고 이에 따라 광범위한 적용을 가능하게 하는 몸에 꼭 맞는 주문 제작 가능한 의복을 포함할 수 있다. 예를 들어, 착용자의 피부에 배치된 이러한 저항성 텍스타일-센서의 일부 구체예는 착용자의 힘 변화, 예를 들어 호흡률, 기계적 관절 운동, 또는 운동 동안 응력을 감지할 수 있다. 특정 구체예에서, 이러한 저항성 텍스타일-센서는 생리학적 감지, 예를 들어 심박동수 신호, 뇌파 신호, 또는 다른 근육 활동을 감지하는 것을 수행할 수 있다.
본 발명의 텍스타일 구조의 일부 구체예는 통상적인 텍스타일-기반 센서에 비해 편안하다는 장점을 제공한다. 예를 들어, 통상적인 텍스타일-기반 센서는 직조된 및/또는 층형성된 구조물로 제한될 수 있는데, 이는 사용하기에 적합한 물질의 수를 한정하고/거나 피부마찰(chafing) 없이는 밀접한 피부 접촉을 방지한다. 기능하기 위한 직물의 복수의 층들 및 고정판들을 필요로 하는 현존하는 센서들은 또한 텍스타일 감지 장치의 편안함 및 착용능력을 제한한다. 이에 따라, 본 발명의 이러한 텍스타일-센서의 다른 장점은 추가적인 기계적 및/또는 전기 부품 또는 직물의 추가 층 없이, 편직된 텍스타일-센서가 착용 가능한 제품에 보다 큰 편안함 및 내구성을 제공할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 방법의 구체예에서, 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 것은 얀 접촉 구역(52)을 조절하고/거나 최적화하기 위해 얀 변수, 스티치 변수, 및/또는 텍스타일 변수를 조절하고/거나 최적화하는 것을 포함할 수 있다.
접촉 저항에 영향을 미칠 수 있는, 물리적 얀 변수, 또는 얀 특징은 예를 들어, (1) 얀 타입 또는 조성; (2) 얀 제작 방법; 및 (3) 얀 총수를 포함한다.
얀 타입, 또는 조성은 전기 전도성 얀 및/또는 텍스타일에서, 얀 표면 토포그래피 (표면 거칠기), 그리고 이에 따라 얀 접촉 구역(52)에 영향을 미친다. 이러한 설명의 목적을 위하여, 얀 타입 또는 조성은 얀이 천연이거나 합성인지의 여부, 짧은 섬유 스펀 얀, 필라멘트 얀, 단일 또는 다중필라멘트, 단일 또는 다중층, 꼬임(twist)의 타입 및 정도, 얀이 텍스쳐화되는 지의 여부, 및/또는 다른 특징들과 같은 특징들을 포함한다. 마찬가지로, 얀을 제작하는 방법, 예를 들어 얀 방적 방법은 얀이 얀 표면 토포그래피 및 얀 접촉 구역(52)에 어떻게 영향을 미치지는 지에 영향을 미친다.
이에 따라, 얀 타입, 또는 조성, 및 얀 제작 방법은 편직물에서 접촉 저항에 영향을 미친다. 다양한 전기 전도성 섬유 및 얀은 본 발명에 따라 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 구조를 구조화하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 텍스타일 구조의 일부 구체예는 전기 전도성 은 얀, 또는 은-코팅된 얀, 전기 전도성 폴리에스터-스테인레스 스틸 얀, 또는 이러한 얀들의 조합을 사용하여 구조화될 수 있다. 상이한 타입의 얀 및 얀을 제조하는 상이한 방법은 얀 접촉 구역(52) 및 접촉 저항에 상이하게 영향을 미칠 수 있다. 선택된 전기 전도성 얀 타입, 조성 및 제작 방법을 포함하는 접촉 저항-최적화된 텍스타일 구조는 압력, 이동 및/또는 온도를 측정하기 위해 다양한 적용에서 사용될 수 있다.
얀 총수는 섬유의 선형 질량 밀도를 지칭하는 것으로서, 1000 미터 당 그램 단위의 질량으로서 정의된다. 즉, 얀 총수는 얀의 크기의 척도이다. 얀 총수는 얀 직경 및 이에 따라 얀 접촉 구역(52)과 연관성이 있다. 특히, 보다 높은 얀 총수를 갖는 얀은 보다 큰 얀 접촉 구역(52) 및 이에 따라 보다 낮은 접촉 저항을 제공할 수 있다.
접촉 저항에 영향을 미칠 수 있는 스티치 변수, 또는 특징은 예를 들어, (1) 스티치 타입, 조성, 또는 패턴; (2) 스티치 길이; 및 (3) 스티치 백분율을 포함한다.
스티치 타입, 조성, 또는 패턴은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 얀 접촉 구역(52)에 영향을 미친다. 도 3a에 도시된 하나의 일반적인 스티치 타입은 평편, 싱글 저지 스티치 패턴(10)이다. 싱글 저지 스티치 패턴(10)은 싱글 저지 접촉 포인트(42)에서 접촉하는 상호연결하는 스티치 루프(22, 24)를 갖는다. 스티치 타입, 조성, 또는 패턴은 텍스타일에서 얀의 구성을 결정하는데, 이는 얀 접촉 구역(52) 및 이에 따라 접촉 저항에 영향을 미친다.
스티치 길이(20)는 니들 루프(needle loop)(22) 및 이 중 어느 한 측면 상의 싱커 루프(sinker loop)(24)의 절반을 포함하는 얀의 길이로서 정의된다. 일반적으로, 스티치 길이(20)가 길어질수록, 직물이 더욱 연장 가능하고 더욱 가볍고, 얀 접촉 포인트(예를 들어, 42, 44, 46, 48, 50)의 잠재적인 수가 더욱 커진다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 스티치 길이(20) 및 스티치 조성은 도 3a에 도시된 것으로부터 변경되어, 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수의 증가를 야기시킨다. 특별한 패턴에서 3개의 스티치는 2개의 스티치에 의해 제공된 접촉 포인트의 수와 비교하여 증가된 수의 얀 접촉 포인트를 제공하며, 이는 또한 1개의 스티치에 의해 제공된 접촉 포인트의 수와 비교하여 증가된 수의 얀 접촉 포인트를 제공한다. 이에 따라, 스티치 길이(20)는 얀 접촉 구역(52) 및 이에 따라 접촉 저항에 영향을 미친다.
스티치 백분율은 스티치 패턴에서 스티치 타입의 백분율로서 정의된다. 예를 들어, 스티치 백분율은 스티치 패턴에서 각각 싱글 저지(10), 미스 스티치(34), 또는 턱 스티치(36)의 백분율을 지칭할 수 있다. 스티치 백분율은 직물 두께에 관한 것이다. 직물 두께를 증가시키는 스티치 백분율은 보다 큰 얀 접촉 구역(52)을 야기시키고, 이에 따라 접촉 저항의 상응하는 감소 (및 전기 전도도의 증가)를 야기시킨다. 스티치 백분율 변수, 또는 미터(metric)는 휴지 시(at rest) 직물/센서에 관한 것이다. 힘이 가해질 때에, 직물은 일반적으로 두께에 있어서 감소한다.
얀 접촉 구역(52)은 텍스타일 구조의 접촉 저항에 직접적인 영향을 미친다. 접촉 저항은 얀 접촉 표면적(52)의 전도 특징과 관련이 있다. 얀 접촉 구역(52)이 커지고 얀 표면의 표면 거칠기가 낮아질수록, 전도도는 더욱 커진다. 얀 접촉 구역(52)의 증가는 접촉 저항의 비례적인 감소를 야기시킨다. 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수 각각은 얀 접촉 구역(52)에 영향을 미치고, 이에 의해 얀 접촉 구역(52) 및 이에 따라 접촉 저항 및 얀 전도도를 조절하고/거나 최적화하기 위해 사용될 수 있는 변수를 제공한다.
얀 접촉 구역은 도 1, 도 3a 및 도 3b에 예시되어 있다. 도 1은 싱글 저지 스티치(10)의 개략적 도식이다. 싱글 저지 편직물에서, 니들 루프(needle loop)(22), 또는 얀 단위는 헤드(head)(26)및 올무(noose)(30)를 형성하는 두 개의 측면 레그(side leg)(28)를 포함한다. 각 레그(28)의 베이스에 풋(foot)(32)이 존재하는데, 이는 이전 편직화 사이클에서 형성된 루프(24)의 헤드(26)를 통해 맞물린다. 니들 루프(22)의 레그(28)는 한 측면(또는 면)으로부터 싱커 루프(24)의 레그(28) 및 헤드(26)를 가로질러 싱커 루프(24)의 다른 측면/면으로 진행하고, 이후에 싱커 루프(24)의 본래 측면/면을 가로질러 싱커 루프(24)의 헤드(26) 및 마주하는 레그(28)로 다시 진행하도록 둘레에 루핑된다.
도 3a 및 도 3b는 얀 접촉 포인트를 도시한 스티치 구조의 개략적 도식이다. 도 3a는 싱글 저지 스티치 패턴의 개략적 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 상호연결하는 스티치 루프는 싱글 저지 접촉 포인트(42)에서 접촉한다. 싱글 저지 스티치 패턴에서, 하나의 스티치는 한 번에 인접한 스티치 (또는 직물)의 오로지 한 측면, 또는 표면 상에서 필수적으로 인접한 스티치에 접촉한다. 즉, 두 개의 상호연결된 스티치 루프에서, 제1 스티치 루프의 레그는 제2 스티치 루프의 하나의 표면 상에서 제2의 인접한 스티치 루프의 풋들에 접촉한다. 제2 스티치 루프의 마주하는 표면 상에, 제1 스티치 루프의 헤드는 제2 스티치 루프의 레그들과 접촉한다. 결과적으로, 싱글 저지 접촉 포인트는 인접한 루프의 비교적 작은 교차 포인트로 제한된다.
도 3b는 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 싱글 저지 스티치 패턴의 개략적 도면이다. 미스 스티치 및 턱 스티치를 갖는 싱글 저지 스티치 패턴은 싱글 저지 접촉 포인트(42), 뿐만 아니라 미스 스티치 및 턱 스티치에서 추가의 접촉 포인트를 포함한다.
턱 스티치 접촉 포인트(44)는 턱 스티치 루프가 인접한 스티치 타입들을 갖는 코스에서 상호연결할 때에 일어난다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 턱 스티치에서, 스티치 루프의 레그는 인접한 스티치 루프의 헤드 주변으로 진행한다. 턱 스티치 루프의 레그는 인접한 스티치 루프의 헤드의 한 측면 상에서 제1 표면과 접촉한다. 턱 스티치 루프의 레그는 이후에 밑으로 진행하여, 이에 의해 제1 접촉 표면에 대해 실질적으로 수직인 각도로 인접한 스티치 루프의 헤드의 제2 표면과 접촉한다. 마지막으로, 턱 스티치 루프의 레그는 제1 접촉 표면에 대해 실질적으로 수직이고 제1 접촉 표면에 대해 실질적으로 평행한 인접한 스티치 루프의 헤드의 제3 표면과 접촉하기 위해 인접한 스티치 루프의 마주하는 측면으로 진행한다.
턱 스티치 루프의 레그와 인접한 스티치 루프의 헤드의 제1, 제2 및 제3 접촉 표면 간의 접촉(들)이 인접한 스티치 루프의 헤드의 형상 둘레에 연속 턱 스티치 접촉 포인트(44)를 함께 형성하는 것으로 이해된다. 이러한 연속 접촉 구성의 결과로서, 턱 스티치 접촉 포인트(44)는 싱글 저지 접촉 포인트(42)의 크기의 대략 3배이다. 증가된 얀 접촉 구역으로 인하여, 턱 스티치 접촉 포인트(44)는 싱글 저지 접촉 포인트(42)와 비교하여, 접촉 저항을 감소시킨다.
턱 루프 접촉 포인트(46)는 턱 스티치의 턱 루프가 턱 스티치의 유지 루프(held loop) 상에 가압할 때에 일어난다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 턱 루프의 헤드는 턱 루프 및 유지 루프 둘 모두의 헤드의 실질적으로 전체 길이를 따라 유지 루프의 헤드와 접촉한다. 결과적으로, 턱 루프 접촉 포인트(46)에서의 얀 접촉 구역(YCA)은 턱 스티치 루프 길이의 대략 1/3 길이이다. 증가된 얀 접촉 구역으로 인하여, 턱 루프 접촉 포인트(46)는 싱글 저지 접촉 포인트(42)와 비교하여, 접촉 저항을 감소시킨다. 턱 루프 접촉 포인트(46)는, 턱 스티치를 도입하는 텍스타일이 이완된 상태(relaxed state) 또는 수축된 상태(tensioned state)에 있을 때에 얀 접촉 저항을 감소시킨다.
유지 루프 접촉 포인트(48)는 턱 스티치의 유지 루프가 인접한 스티치 루프에 대해 가압될 때에 형성된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 턱 스티치의 유지 루프의 헤드는 턱 루프의 헤드와 동일한 포인트에서 인접한 스티치 루프의 풋(foot)과 접촉한다. 유지 루프 접촉 포인트(48)는 싱글 저지 접촉 포인트(42)와 유사한 크기를 갖지만, 턱 스티치를 도입한 텍스타일의 고유 신축 및 회복으로 인하여 싱글 저지 접촉 포인트(100)에 비해 얀 접촉 저항의 보다 큰 감소를 제공한다.
수축된 턱 스티치 접촉 포인트(50)는 턱 스티치를 포함하는 텍스타일이 수축(tension) 하에 배치될 때에 형성된다. 도 3b(오른쪽 부분)에 도시된 바와 같이, 턱 스티치 구조가 수축 하에 배치될 때에, 턱 스티치 루프의 레그는 인접한 스티치 루프의 레그와 접촉하여 가압된다. 수축된 턱 스티치 접촉 포인트(50)의 얀 접촉 구역은 스티치 루프 길이의 대략 1/3 길이이다. 증가된 얀 접촉 구역으로 인하여, 수축된 턱 스티치 접촉 포인트(50)는 접촉 저항을 감소시킨다. 수축된 턱 스티치 접촉 포인트(50)는 이러한 스티치가 도입된 텍스타일이 수축 하에 있을 때에 얀 접촉 저항에 대해 보다 큰 영향을 나타낸다.
도 3a에서 평편 싱글 저지 스티치 패턴와 비교하여, 도 3b에서의 턱 스티치 구조에 도시된 추가적인 접촉 포인트(44, 46, 48 및 50)는 접촉 포인트의 증가된 수 및 특성을 제공한다. 얀 접촉 포인트의 특성은 얀의 둘 이상의 부분 사이에 접촉한 표면적의 크기 및 텍스타일, 얀 및 스티치가 수축 또는 변형 및 이완 동안 이동함에 따라 접촉 포인트가 접촉을 유지하는 정도와 같은 인자에 관한 것이다. 이에 따라, 턱 스티치 접촉 포인트(44, 46, 48 및 50)는 증가된 얀 접촉 구역 및 감소된 접촉 저항을 제공한다. 이에 따라, 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법의 구체예는 턱 스티치를 편직화하는 것을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일은 턱 스티치를 포함할 수 있다. 턱 스티치 접촉 포인트의 수 및 특성을 변화시킴으로써 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하고 이에 따라 조절하는 것은 이러한 스티치가 사용되는 다양한 형태의 편직된 텍스타일에 적용될 수 있다.
도 4는 폴리피롤(PPy) 전도성 폴리머로 코팅된 싱글 저지(10), 씨실 편직물에 대한 얀 접촉 구역(52)의 주사전자 현미경 이미지이다. 도 4는 이러한 싱글 저지(10) 직물 샘플에서 얀 접촉 포인트(42)의 크기를 나타낸 것이다. 전도성 편직물이 하중을 받을 때에, 얀 접촉 구역(52)은 임의 직물 표면 거칠기의 억제 및 개개 모노필라멘트의 큰 전도성 섬유로의 압축으로 인해 증가시킨다. 얀 접촉 구역(52)은 접촉 시의 전체 얀 원주 및 포함되는 섬유의 전체 수에 비례하여 증가한다.
본원에 기술되는 바와 같이, 얀 타입 또는 조성 및 얀 제작 방법 각각은 얀 표면 토포그래피, 또는 표면 거칠기, 그리고 이에 따라 얀 접촉 구역(52)의 크기 및 형상, 또는 구성에 영향을 미친다. 마찬가지로, 스티치 타입, 조성, 또는 패턴, 스티치 길이, 및 스티치 백분율 각각은 얀 접촉 구역(52)에 영향을 미친다. 이에 따라, 이러한 변수는 편직물에서 인접한 얀들 간의 접촉 저항에 영향을 미친다. 상이한 전기 전도성 얀은 얀 접촉 포인트의 상이한 구성을 갖는다. 예를 들어, 전기 전도성 폴리에스터-스테인레스 스틸 얀은 얀 접촉 포인트의 제1 구성 (크기 및 형상)을 갖는다. 전기 전도성 은-코팅된 얀은 폴리에스터-스테인레스 스틸 얀의 제1 얀 접촉 포인트 구성과 상이한 얀 접촉 포인트의 제2 구성(크기 및 형상)을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따른 접촉 저항을 최적화하는 방법의 구체예는 모든 얀의 표면 토포그래피에 일반적으로 적용하는 장점을 갖는다. 즉, 특정 적용을 위해 접촉 저항을 최적화하기 위한 얀 및 스티치 변수의 특정 선택의 예측 가능성은 일반적으로 임의의 전기 전도성 얀에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 구체예에서, 접촉 저항을 최적화하는 것과 관련하여 조절되고/거나 측정될 수 있는 물리적 텍스타일 변수는 (1) 평균 전기 저항률(MER); (2) 직물 두께; (3) 직물 중량; (4) 광학적 다공도(OP); 및 (5) 영구 신축률(PPS)을 포함한다.
전기 전도성 직물의 전기 저항률은 통상적으로 주로 4-포인트 프로브 시스템을 이용하여 측정되며, 그 결과는 옴/제곱으로 형성된다. 이러한 방법은 주로 박막 또는 시트 저항을 측정하기 위해 사용되고, 박막은 2차원인 것으로 가정하며, 이에 의해 저항은 방정식 R = Rs(l/w) [상기 식에서, Rs는 표면 저항률임]을 사용하여 계산된다. 텍스타일은 3차원이기 때문에, 깊이 치수는, 폭 및 길이에 비해 작지만, 센서 구조 내에 추가 접촉 포인트에 대한 기준을 제공한다. 이에 따라, 본원의 목적을 위하여, 표면 저항률은 ohms-cm(Ω-cm), 또는 ohms.cm(Ω.cm)의 옴 및 체적 저항률로 측정된다. 본원에 기술된 바와 같은 2-프로브 방법을 사용하여, 수평 및 수직 방향 둘 모두에서 전기 신호 출력을 모니터링할 수 있다(ohms-cm로 측정됨). 이러한 2-프로브 방법은 프로브가 이에 따라 센서 상에서 부착되는 경우에 360°의 증가를 통해 신호 출력을 추가로 모니터링할 수 있다.
평균 전기 저항(MER)(kΩ.-cm)은 직물에서 저항을 나타내는 출력의 측정치로서 정의된다. 텍스타일에서의 MER은 약 20 ± 1 Ω.-cm 내지 약 500 ± 15 kΩ.-cm의 범위일 수 있다. 코스 방향에서 측정된 MER은 웨일 방향으로 측정된 MER과 상이하다. 본 발명의 구체예에서, 접촉 저항을 최적화하는 것은 평균 전기 저항률(MER)을 최적화한다. 즉, 얀 접촉 구역(52)이 증가함에 따라, 얀 접촉 저항은 감소시키고, MER은 감소한다.
직물 두께(mm)는 직물에서 전도성을 최적화하는 능력에 영향을 준다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 증가된 두께는 전도성을 개선시킨다. 즉, 직물 두께가 증가함에 따라, 얀 접촉 구역(52)은 증가하며, 접촉 저항은 감소한다. 도 5b의 예에서, 개개 얀들 간의 접촉 구역(52)의 증가는 싱글 저지(SJ) 스티치(10)의 백분율 또는 비율에 대한 미스(M) 스티치(34) 및 턱(T) 스티치(36)의 백분율 또는 비율의 증가로 인한 것이고, 증가된 텍스타일 두께에 의해 나타낸다. 예를 들어, SJ/M/T 스티치와 15% 이하의 미스 스티치(34)의 조합은 15% 이하의 턱 스티치(36)와 조합된 SJ/M/T 스티치 보다 더욱 두꺼운 직물을 야기시킨다. 일부 구체예에서, 직물 두께는 약 0.5±0.001 mm 이상의 범위일 수 있다. 보다 높은 얀 총수는 보다 큰 직물 두께를 생성시키고, 이에 따라 보다 큰 얀 접촉 구역(52), 그리고 이에 따라 보다 낮은 접촉 저항을 생성시키고, 전도성을 개선시킨다.
직물 중량(gm/㎡): 접촉 저항에 대하여 직물 두께가 증가하는 바, 직물 중량도 그러하다. 이에 따라, 직물 두께가 증가함에 따라, 직물 중량은 상응하게, 얀 접촉 구역(52)의 동일한 증가와 함께 증가하고, 접촉 저항을 감소시킨다. 미스 스티치 및 턱 스티치의 증가는 편직화 공정에서 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 구조로 인해 직물 중량의 증가를 야기시킨다. 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)는 (상이한 비율의) 과량의 얀을 싱글 저지(10) 직물과 비교하여 텍스타일 구조에서 커지게 한다. 일부 구체예에서, 직물 중량은 100±0.0001 gm.㎡ 이상의 범위일 수 있다. 보다 큰 얀 총수(Tex/데니어) 및 이에 따라 보다 큰 직물 두께를 갖는 구체예는 또한 보다 큰 직물 중량을 가지고, 또한 접촉 저항을 감소시키고 전도성을 개선시킬 수 있다.
광학적 다공도(optical porosity; OP)(% 검정색 픽셀)는 디지털화된 이미지를 사용하여 시험하고 텍사스 대학 보건과학센터의 산 안토니오 이미지툴 소프트웨어(The University of Texas Health Science Center at San Antonio ImageTool software)를 사용하여 분석될 때에 직물을 통해 투과되는 광의 척도로서 정의된다. 광학적 다공도는 직물의 커버 인자(cover factor)의 정량화 가능한 척도를 제공한다. "직물 커버 인자(fabric cover factor)"는 직물의 전 구역에 대한 얀에 의해 덮혀진 구역의 비율로서 정의된다. 광학적 다공도는 백색 픽셀에 대한 검정색 픽셀의 비율로서 측정된다. 광학적 다공도의 감소는 접촉 저항의 감소에 상응한다. 미스 스티치 및 턱 스티치 둘 모두는, 하나 이상의 스티치가 씨실(미스 스티치(34)) 방향 또는 날실(턱 스티치(36)) 방향 중 어느 하나에서 평편 저지 스티치(10) 구조로부터 제거된다. 직물 중량에 따라, SJ/M/T 스티치의 백분율 또는 상대적 비율의 변화는 직물을 통과할 수 있는 빛의 양을 변화시킨다. 평편 저지 스티치(10)는 고정된 백분율의 광학적 다공도를 갖는 대조군 구조(control structure)를 제공한다. 이에 따라, 싱글 저지 스티치(10)에 대한 미스 스티치(34) 및/또는 턱 스티치(36)의 백분율의 변화는 얀들 간의 접촉 구역(52)의 변화를 야기시킨다. 턱 스티치(36)의 증가 또는 미스 스티치(34)의 감소는 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 상대적인 백분율에 따라, 광학적 다공도의 감소를 야기시킨다. 이에 따라, 휴지 시 얀 접촉 구역(52)의 증가, 및 광학적 다공도의 상응하는 감소는 접촉 저항의 감소를 야기시킨다. 이에 따라, 광학적 다공도의 감소는 싱글 저지 스티치(10), 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 조합을 함유한 스티치 패턴에 대해 접촉 저항의 감소에 직접적으로 비례한다. 광학적 다공도는 1% 검정색 픽셀 또는 보다 높은 범위를 가질 수 있다.
영구 신축률(percentage permanent stretch; PPS)는 반복 하중을 받을 때에 직물의 신축 및 회복의 척도로서 정의된다. PPS는 특정 스티치 패턴 내에서 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 백분율에 따라 증가하거나 감소한다. PPS는 씨실(코스) 방향(80) 및 날실(웨일) 방향(74) 둘 모두에 관한 것이고, 각각에 대해 상이하다. PPS가 낮을수록, 광학적 다공도가 높아지며, 이에 따라, MER/접촉 저항이 감소한다. PPS는 텍스타일에 존재하는 SJ/M/T 스티치의 백분율에 직접적으로 비례한다. 코스에서 보다 적은 미스 스티치(34)는 씨실/코스 방향(80)에서 PPS를 감소시킨다. 웨일에서 보다 적은 턱 스티치(36)는 날실/웨일 방향(74)에서 PPS를 감소시킨다. 영구 신축률은 25% 내지 2%의 범위일 수 있다.
실험
다양한 이러한 텍스타일-센서 샘플에서 전기 전도도의 조절을 시험하기 위해 하기 실험들을 수행하였다.
실험 A, B 및 C를 표 1의 4개의 텍스타일 샘플을 사용하여 수행하였다. 각 샘플은 상이한 스티치 패턴(SP)을 포함한다. 각 스티치 패턴에서의 얀은 폴리피롤(PPy) 고유 전도성 폴리머 중에서 코팅된 150 데니어(denier), 48 필라멘트, 100% 텍스처드(textured), 다중필라멘트, 폴리피롤(PPy)을 포함한다. 각 스티치 패턴은 50% 싱글 저지(SJ) 스티치(10), 및 미스(M) 스티치(34)와 턱(T) 스티치(36)의 상이한 조합을 포함한다. 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 백분율은 표 1에서 각 스티치 패턴에 대해 명시되어 있다. 각 실험에서, 100% 싱글 저지 스티치 패턴(10)은 4개의 샘플 스티치 패턴(SP-A, SP-B, SP-C, 및 SP-D)를 비교하기 위한 대조군으로서 사용된다.
Figure 112015084936066-pct00003
실험 A
실험 A에서, 4개의 상이한 샘플 스티치 패턴에서 평균 전기 저항률(MER), 직물 두께 및 광학적 다공도를 싱글 저지(10) 직물에서의 변수와 비교하였다. 도 2, 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 6을 참조로 하여 논의된 실험 A의 결과는 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하기 위해 이러한 변수에 영향을 미치도록 스티치 패턴이 어떻게 선택될 수 있는지를 나타낸다.
도 2에서의 표는 싱글 저지(SJ) 스티치 패턴(10) 대조군 및 4개의 상이한 샘플 스티치 패턴에서의 평균 전기 저항률(MER)을 나타낸 것이다. MER은 이완되거나 수축된 코스 또는 이완되거나 수축된 웨일 중 어느 하나를 갖는 각 스티치 패턴에 대해 나타낸 것이다. 4개의 샘플 스티치 패턴 각각은 이완된 상태 및 수축된 상태 둘 모두에서, 싱글 저지(10)와 비교하여 코스(수평) 방향(80) 및 웨일(수직) 방향(74) 둘 모두에서의 MER을 현저하게 감소시킨다. 4개의 샘플 스티치 패턴 각각이 싱글 저지에 대해 두 방향 모두에서 휴지(resting) MER에 대한 유의미한 효과를 갖는다는 발견은 상이한 센서 타입 및/또는 감지 적용을 위한 상이한 스티치 구조의 선택을 가능하게 한다. 또한, 각 샘플 스티치 패턴은 이완된 상태와 수축된 상태 간에 MER의 감소를 나타내는데, 이는 샘플이 수축됨에 따라 턱 스티치(36)(예를 들어, 턱 루프 접촉 포인트(46) 및 수축된 턱 스티치 접촉 포인트(50))에 의한 영향과 관련된 얀 접촉 구역(52)의 증가 효과와 일치한다.
본 발명의 방법의 일 구체예에서, 상이한 스티치 백분율에 대한 이완된 상태 내지 수축된 상태에서의 MER에서, 휴지 MER 및/또는 동적 범위의 사용은 특정 적용을 위해 유용한 텍스타일-센서에서의 감도의 조절을 가능하게 한다. 예를 들어, SP-B(10% 미스/40% 턱)에서 보다 큰 동적 범위(76%) 및 SP-D(40% 미스/10% 턱)에서 (80%)는 관련된 직물로부터 구성된 압박 의복 등에서 보다 큰 힘 범위에 대한 압축력 측정을 가능하게 한다. 이러한 스티치 패턴은 예를 들어 양말에서의 압축력을 측정하기에 적합한 텍스타일-센서에서 접촉 저항을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. SP-A(5% 미스/45% 턱)에서의 동적 범위(59%)가 작을수록, 작은 힘 범위에 대한 압축력 측정이 더욱 민감해질 수 있다. 이에 따라, 이러한 스티치 패턴은 예를 들어 다리에 압박 붕대에 의해 가해진 힘(예를 들어, 약 10 mmHg 내지 60 mmHg 범위)을 측정하는데 적합한 텍스타일-센서에서 접촉 저항을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, SP-C에서 미스, 또는 플로트(float), 스티치(34)(45%)의 큰 백분율은 텍스타일-센서에서 "웨이스팅(waisting)"과 관련이 있다. 웨이스팅은 보다 높은 백분율의 미스 스티치로 인한 텍스타일의 형상(예를 들어, 극단의 웨이스팅(extreme waisting)에서, 모래시계 형상)으로서 정의될 수 있으며, 이는 각 코스 내에서 보다 적은 맞물리는 루프의 결과로서 코스 길이의 감소를 야기시킨다. 보다 높은 백분율의 미스 스티치를 갖는 텍스타일-센서에서, 얀 접촉 구역(52)은 증가하며, 접촉 저항은 정량화 가능한 방식으로 감소한다.
도 5a는 싱글 저지 스티치 패턴(10) 대조군 및 4개의 샘플 스티치 패턴에서 MER의 변화를 도시한 것이다. 코스 방향(80) 및 웨일 방향(74) 둘 모두에서 이완된 상태에서의 각 스티치 패턴에 대해 여러 번 MER 측정을 수행하였다. 이러한 측정은 변화 범위를 나타내기 위해 박스 플롯(box plot)으로 그래프화되었다. 도 5a에서, Q0은 최소 측정치를 나타낸 것이며, Q1은 최저 사분위수를 나타낸 것이며, Q2는 평균 측정치를 나타낸 것이며, Q3은 중간 측정치를 나타낸 것이며, Q4는 최대 측정치를 나타낸 것이다.
싱글 저지 스티치 패턴(10) 대조군 및 4개의 샘플 스티치 패턴에서의 MER 변화 범위는 스티치 패턴에 따라 변하였다. 특히, 싱글 저지(10) 대조군에서 MER의 변화 범위 또는 정도는 4개의 샘플 스티치 패턴에서 보다 훨씬 더 컸다. 이에 따라, 싱글 저지 스티치 패턴(10)의 저항률의 기본 보정은 더욱 어려울 것이고, 이에 따라 4개의 샘플 스티치 패턴 중 어느 하나를 갖는 텍스타일-센서 구조에 비해 훨씬 낮은 신뢰성의 텍스타일-센서 구조를 초래한다.
전기 전도성 얀 또는 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 것은 좁은 범위의 MER 변화를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, SP-B(10% 미스/40% 턱) 및 SP-C(45% 미스/5% 턱)는 가장 좁은 범위의 MER 변화를 나타내었다. 이에 따라, SP-B 및 SP-C는 보다 큰 측정 감도를 필요로 하는 텍스타일-센서 적용을 위해 적합한 최적화된 접촉 저항을 포함한다. 예를 들어, SP-B 및 SP-C는 경량 압력의 텍스타일-센서 측정을 위해 최적화된 접촉 저항을 포함한다.
직물 두께는 스티치 밀도의 척도이다. 도 5b는 싱글 저지 스티치 패턴 대조군 및 4개의 샘플 스티치 패턴에 대한 코스 및 웨일에서의 평균 전기 저항률에 대한 직물 두께의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 직물 두께가 증가함에 따라, MER은 감소한다. 특히, 4개의 샘플 스티치 패턴에서 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 다양한 조합은 이러한 스티치 패턴이 싱글 저지 스티치 패턴(10)에 비해 더욱 큰 두께를 갖도록 한다. 이에 따라, 직물 두께가 증가함에 따라, 4개의 샘플 스티치 패턴 각각의 MER은 코스 방향(80) 및 웨일 방향(74)으로 측정하는 경우에, 싱글 저지 스티치 패턴(10)에서 보다 더욱 낮다.
마찬가지로, 광학적 다공도는 스티치 밀도의 척도이다. 도 5c는 싱글 저지 스티치 패턴(10) 대조군 및 4개의 샘플 스티치 패턴에 대하여 코스 및 웨일에서의 평균 전기 저항률에 대한 광학적 다공도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 광학적 다공도가 감소함에 따라(보다 적은 광 투과), MER은 감소한다. 특히, 4개의 샘플 스티치 패턴에서 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 다양한 조합은 이러한 스티치 패턴이 싱글 저지 스티치 패턴(10) 보다 낮은 광학적 다공도를 갖도록 한다. 이에 따라, 감소된 광학적 다공도를 갖는 경우에, 4개의 샘플 스티치 패턴 각각의 MER은 코스 방향(80) 및 웨일 방향(74)으로 측정하는 경우에, 싱글 저지 스티치 페턴(10) 대조군 보다 더욱 낮다.
도 6은 50% 평편 싱글 저지 스티치 패턴(10)에 대하여 코스 및 웨일에서 평균 전기 저항률에 대한 광학적 다공도의 변화를 도시한 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 턱 스티치(36) 및 미스 스티치(34)의 양의 증가가 50% 싱글 저지 스티치 패턴(10)에 부가될 때에, 광학적 다공도는 감소하며, 전기 저항률은 감소한다.
이에 따라, 직물 두께 및 광학적 다공도는, 스티치 밀도의 척도로서, MER과의 상관관계를 위해 시험되었다. 도 5b, 5c 및 6에 도시된 바와 같이, 직물 두께 및 광학적 다공도 둘 모두가 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 상이한 조합을 갖는 스티치 패턴에 대해 신뢰성 있는 방식으로 MER과 상당히 연관되어 있다는 것이 발견되었다. 결과적으로, 직물 두께 및 광학적 다공도 둘 모두는 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항의 최적화에서의 단순한 척도로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 직물에서의 보다 낮은 광학적 다공도는 얀들 간의 보다 큰 접촉 구역(52) (및 보다 낮은 MER) 및 이에 따라 접촉 저항의 보다 큰 조절과 연관된다. 다시 말해서, 보다 낮은 광학적 다공도 및 보다 큰 얀 접촉 구역(52)을 갖는 더욱 밀접한 (더욱 조밀한) 스티치 패턴은 보다 큰 광학적 다공도 및 더욱 낮은 얀 접촉 구역(52)을 갖는 더욱 개방된(덜 조밀한) 스티치 패턴 보다 큰 텍스타일-센서에서의 측정 감도를 갖는다. 이에 따라, 보다 낮은 광학적 다공도를 갖는 보다 밀접한 (더욱 조밀한) 스티치 패턴은 가벼운 압박 압력 또는 작은 인장력의 측정과 같은, 보다 큰 측정 감도를 필요로 하는 텍스타일-센서 적용을 위해 적합한 최적화된 접촉 저항을 포함한다.
실험 B
실험 B에서, 크기가 대략 100 mm × 100 mm인 4개의 직물 견본을 Shima Seiki WHOLEGARMENT™ 14gg 편직 기계 상에서 편직하였다. "gg"는 편직 기계의 "게이지"를 나타낸 것으로서, 니들/인치의 수에 해당한다. 각 샘플 견본에서의 얀은 Schoeller로부터 "S-Shield"로서 상업적으로 입수 가능한 스펀 짧은 섬유 얀(80% PES/20% INOX®)이다. 각 견본을 평편 저지 스티치(10), 턱 스티치(36) 및 미스 스티치(34)의 상이한 백분율 조합을 사용하여 편직하였다(스티치 패턴 SP-A, SP-B, SP-C 및 SP-D).
이후에, 개개 샘플 견본을 도 7에 도시된 바와 같이, 테스트-리그(test-rig)(60)에서 추 아래에 배치시켰다. 테스트 리그(60)를 3㎜ 두께의 폴리메틸 메타크릴레이트를 사용하여 구성하였다. 2개의 스테인레스 스틸 추(62)를 사용하였는데, 하나는 150 gm으로 계량되었으며, 다른 하나는 250 gm으로 계량되었다. 이러한 추(62)를 비-전도성 카드보드 층에 의해 샘플 견본으로부터 분리하였다. 하나의 추(62)는 각 측정을 위해 동일한 압력 하에서 구역을 유지하기 위하여 기본 추로서 시험된 샘플 상의 적소에 남겨진다. 각 개개 샘플 견본을 2개의 표준 멀티미터 프로브(64)를 사용하여 Q-1559 멀티미터(Dick Smith Electronics로부터 입수 가능함)로 측정하여 전기 저항에 대해 시험하였다. 두 실험 모두로부터의 데이터를 비교하기 위하여, 실험 B 및 실험 C에서의 전기 전도도의 측정치를 실험 C에서 사람의 발 아래의 길이의 정확한 측정을 얻는데 어려움으로 인하여, 저항률 보다는 저항의 측정으로서 얻었다. 베이스라인 저항 측정을 적용되는 임의의 추(62)가 없는 각 샘플 견본에 대해 얻었다. 10회의 저항 측정을 150 gm의 추 및 400 gm의 추 아래에서 랜덤 방식으로 각 샘플에 대해 얻었다. 150 gm 추(62) 및 250 gm 추(62)를 함께 사용함으로써 400 gm의 추를 적용하였다. 28 mm 이격된 멀티미터 프로브(64) 및 150 gm의 추에 대한 600 Pascal 단위(Pa)의 근사치 압력 및 400 gm의 중량에 대한 1000 Pa의 근사치 압력으로 측정을 수행하였다.
실험 B로부터의 결과는 도 8 및 9에 그래프로 나타내었다. 도 8은 각 샘플 견본에 대하여 코스(수평) 방향(80)에서 베이스라인 및 150 gm의 추 및 400 gm의 추의 경우의 전기 저항을 나타낸 것이다. 도 9는 각 샘플 견본에 대하여 웨일(수직) 방향(74)에서 베이스라인 및 150 gm의 추 및 400 gm의 추의 경우의 전기 저항을 도시한 것이다.
도 8 및 도 9 둘 모두에 도시된 결과에 대하여, R2로 나타내는 결정 상수를 계산하였다. R2는 데이터 포인트가 통계적한 모델에 얼마나 잘 맞는지, 즉 관찰된 결과가 모델에 의해 얼마나 잘 반복 검증되지의 척도를 나타내는 것이다. 이러한 경우에, 높은 R2 수치, 또는 데이터 적합성은 변수들 간의 양호한 선형 관계를 지시하는 것이다. 이러한 실험과 관련하여, 특정 샘플 스티치 패턴에 대한 높은 R2 수치는 이러한 스티치 패턴을 포함하는 텍스타일-센서가 신뢰성 있는/반복 가능한 방식으로 중량/압력을 측정하기 위해 사용될 수 있음을 의미한다.
스티치 샘플 SP-A 및 SP-B에 대한 R2 수치는 도 8에 도시된 수평(코스) 방향(80) 및 도 9에 도시된 바와 같은 수직(웨일) 방향(74) 둘 모두에 대해 높다. SP-A (5% 미스/45% 턱) 및 SP-B (10% 미스/40% 턱) 둘 모두는 큰 비율의 턱 스티치(36)를 포함하며, 이는 얀 접촉 구역(52)을 증가시키고 이에 따라 수직 방향(74) 및 수평 방향(80) 둘 모두에서 접촉 저항을 감소시키고 이에 의해 조절하기 위해 제공된다. 이에 따라, 스티치 샘플 SP-A 및 SP-B는 본 발명에 따라 텍스타일-센서에서 접촉 저항을 최적화하기 위해 시험된 샘플들 중에 최상의 적합성을 나타낸다.
특히, 도 8에 도시된 SP-B에 의한 선형 반응에서의 보다 가파른 기울기는 코스(수평) 방향(80)에서 보다 큰 동적 범위를 나타낸다. 이에 따라, SP-B는 코스(수평) 방향에서 보다 적은 양의 중량에 대한 보다 큰 감도를 갖는다. 마찬가지로, 도 9에 도시된 SP-A에 의한 선형 반응에서의 보다 가파른 기울기는 웨일(수직) 방향(74)에서 보다 큰 동적 범위를 나타낸다. 이에 따라, SP-A는 웨일(수직) 방향(74)에서 보다 적은 양의 중량에 대한 보다 큰 감도를 갖는다.
실험 C
실험 C에서, 크기가 대략 300 mm × 100 mm인 2개의 직물 견본을 Shima Seiki WHOLEGARMENT™ 14gg 편직 기계 상에서 편직하였다. 각 샴플 견본에서 얀은 Schoeller로부터 "S-Shield"로서 상업적으로 입수 가능한 스펀 짧은 섬유 얀(80% PES/20% INOX®)이다. 각 견본을 평편 저지 스티치(10), 턱 스티치(36) 및 미스 스티치(34)(스티치 패턴 SP-A 및 SP-B)의 상이한 백분율 조합을 사용하여 편직하였다.
이러한 실험은 2명의 인간 피검체를 포함하였다. 피검체 1은 체중이 61 kg인 여성이며, 피검체 2는 체중이 79 kg인 남성이다. 각 피검체는 샘플 스티치 패턴을 포함하는 직물 견본 상에서 오로지 그녀/그의 오른쪽 발로 서 있고 균형을 잡고 있다. 각 피검체는 비-전도성 섬유로 제조된 양말을 신었다. 각 직물 견본을 두 위치, 즉 발목 바로 아래 라인 및 발의 볼(ball) 부근의 포인트에서 전기 저항에 대해 시험하였다. 저항을 두 개의 표준 멀티미터 프로브(64)를 사용하여 Q-1559 멀티미터(Dick Smith Electronics로부터 입수 가능함)로 측정하였다. 10회의 저항 측정을 각 피검체에 대해 두 위치에서 랜덤 방식으로 각 샘플에 대해 수행하였다. 발목 측정을 위해 70 mm의 프로브 측정 간격을 사용하였으며, 발의 볼 측정을 위해 100 mm 간격을 사용하였다.
실험 C로부터의 결과는 도 10 및 도 11에 그래프로 나타내었다. 도 10은 각 샘플 견본에 대해 웨일(수직) 방향(74)에서 발목 바로 아래 라인에서의 전기 저항을 나타낸 것이다. 도 11은 각 샘플 견본에 대해 웨일(수직) 방향(80)에서 발의 볼을 따르는 라인에서의 전기 저항을 나타낸 것이다.
선형 회귀 보다, 대수 회귀(logarithmic regression)가 실험 B에서 샘플 직물 견본에 적용된 것과 비교하여 샘플 직물 견본에 적용된 질량의 큰 차이로 인하여 실험 C에서 인간-기준 결과에 대해 사용되었다. 도 10에 도시된 발목 및 도 11에 도시된 발의 볼 둘 모두에서 측정된 저항에 대한 R2 수치를 기초로 하여, 스티치 샘플 SP-B는 본 발명에 따라 텍스타일-센서의 특정 구체예에서 사용하기 위한 최상의 적합성을 나타낸다. 특히, 도 10 및 도 11에 도시된 SP-B에 의한 대수 반응의 보다 얕은 기울기는 보다 큰 양의 중량에 대해 보다 큰 반응을 나타낸다. 이에 따라, 스티치 패턴 SP-B는 인간 형태에 의해 수행된 압력을 측정하기 위한 적합한 텍스타일-센서를 제공한다. 실험 B 및 실험 C 둘 모두의 결과를 고려하여, 스티치 패턴 SP-A 및 SP-B 각각이 상이한 크기의 물체의 중량을 측정하기 위해 텍스타일-센서에서 유용한 접촉 저항의 최적화된 조절을 제공한다는 것이 발견되었다.
실험 A, B 및 C의 결과는 함께, 스티치 패턴, 스티치 백분율, 전기 저항률, 광학적 다공도 및 직물 두께와 같은 변수와 관련하여 선택하는 것이 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 이에 따라, 이러한 방법은 텍스타일 구조에서 전기 전도도 용량을 신뢰성 있게 예측하고 조절하고 다양한 적용에서 유용한 텍스타일-센서를 디자인하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 스티치 패턴, 예컨대 (1) 이완된 상태 내지 수축된 상태의 MER의 비교적 큰 동적 범위를 갖는 SP-B(10% 미스/40% 턱)는 보다 큰 힘 범위에 걸쳐 압축력 측정을 가능하게 하며; (2) 좁은 범위의 MER 변동을 갖는 SP-B(10% 미스/40% 턱)는 보다 큰 측정 감도를 필요로 하는 텍스타일-센서 적용을 가능하게 하며; (3) 코스 방향에서 MER의 비교적 큰 동적 범위를 갖는 SP-B(10% 미스/40% 턱)는 수평 방향의 보다 적은 양의 중량에 대한 보다 큰 감도가 요망되는 측정을 가능하게 한다. 이에 따라, 스티치 패턴, 스티치 백분율, 및 다른 물리적 스티치, 얀, 및/또는 텍스타일 변수를 선택하는 방법은 센서의 예측 가능한 범위 및/또는 감도가 특정 용도를 위해 구성될 수 있도록 텍스타일에서 전기 전도도의 조절을 제공한다.
실험 D
얀 접촉 구역(52)의 형상에 대한 직물 변형의 효과를 결정하기 위해 실험 D를 수행하였다. 실험 D에서, 2개의 직물 샘플을 시험하였다. 샘플 A는 평편 싱글 저지 스티치 패턴에서 은 편물로 코팅된 다중-필라멘트, 꼬은 폴리에스터 얀을 포함한다. 도 13은 변형되지 않은 상태의 샘플 A의 전자현미경 사진이다. 샘플 B는 평편, 싱글 저지 스티치 패턴(10)에서의 스펀 짧은 섬유 얀(80% PES/20% INOX®)을 포함한다. 도 14는 변형되지 않은 상태의 샘플 B의 전자현미경 사진이다. 시험 시에, 다중 얀 단위의 측정을 수행하였으며, 기하학적 파라미터의 설명은 샘플에서 평균 측정치를 지칭한다.
우선, 2개의 직물 샘플을 도 12에 도시된 바와 같이, 얀 단위의 4개의 기하학적 파라미터, 즉, 폭, 높이, 갭 및 두께에 대하여 변형되지 않은 상태에서 비교하였다. 싱글 저지 편직(10) 직물에서, 니들 루프(22), 또는 얀 단위는 올무(30)를 형성하는 헤드(26) 및 두 개의 측면 레그(28)를 포함한다. 각 레그(28)의 베이스에, 이전 편직화 사이클에서 형성된 루프(24)의 헤드(26)를 통해 메시화되는 풋(32)이 존재한다. 니들 루프(22)의 레그(28)는 싱커 루프(24)의 한 측면(또는 면)에서 다른 측면/면으로 싱커 루프(24)의 레그(28) 및 헤드(26)를 가로질러 진행하고, 이후에 다시 싱커 루프(24)의 본래 측면/면으로 싱커 루프(24)의 헤드(26) 및 마주하는 레그(28)를 가로질러 역으로 진행하도록 둘레를 루핑한다.
얀 단위 폭(W)은 단일 루프(22 또는 24)의 두 개의 풋(32)들 사이의 거리로서 정의된다. 얀 단위 높이(H)는 단일 루프(22 또는 24)의 헤드(26)와 풋(32) 사이의 거리로서 정의된다. 얀 단위 갭(G)은 한 루프(22)의 헤드(26)와 동일한 웨일에서 인접한 루프(24)의 헤드(26) 사이의 거리로서 정의된다. 얀 두께(T)는 얀의 직경으로서 정의된다. 샘플 A는 샘플 B에 비해 더욱 개방 편직 구조, 즉 보다 큰 얀 단위 폭(W) 및 높이(H)를 갖는다. 얀 단위 갭(G)은 두 개의 샘플에서 유사하다. 샘플 B는 샘플 A에 비해 더욱 두껍다.
이후에 먼저 샘플을 웨일 방향(74)(x-축 따라)으로 신장시키고 이후에 코스 방향(80)(y-축에 따라)으로 신장시킴으로써 두 개의 샘플을 변형된 상태로 비교하였다. "신장 응력(stretching strain)", 또는 신장 정도는 초기 높이에 대한 얀 단위 (루프)(22, 24) 연장의 비율로서 정의된다. 샘플 A는 샘플 B와 유사한 응력, 뿐만 아니라 보다 높은 응력 하에서 시험되었다. 두 개의 샘플을 4개의 기하학적 파라미터와 관련하여 각 변형 상태에서 비교하였다.
샘플을 웨일 방향(74)(x-축을 따라)으로 신장하였을 때에, 한 코스에서 얀 루프(22 또는 24)의 헤드(26)는 인접한 코스에서 루프(22 또는 24)의 레그(28) 및 풋(32) 둘레에 보다 단단히 당겨졌다. 결과적으로, 얀 단위 폭(W)은 현저하게 감소시켰다. 웨일방향 신장 동안에, 얀 단위 높이(H)는 현저하게 변하지 않았지만, 얀 단위 갭(G)은 실질적으로 증가한다. 얀 두께(T)는 비교적 변하지 않은 채로 유지된다.
샘플 A에 대하여, 11%의 웨일방향 응력 하에서, 얀 단위 폭(W)은 변형되지 않은 상태의 비교 치수로부터, 약 19% 감소하였으며, 얀 단위 갭(G)은 약 16% 증가하였다. 11% 응력 하에서, 얀은 몇 개의 포인트에서 접촉한다. 22%의 웨일방향 응력 하에서, 얀 단위 폭(W)은 변형되지 않은 상태의 비교 치수로부터, 약 39% 감소하였으며, 얀 단위 갭(G)은 약 26% 증가하였다. 도 15에서의 사진은 웨일 방향(74)에서 22% 응력(72) 하에서의 샘플 A를 나타낸 것이다. 22% 응력(72) 하에서, 얀은 모든 스티치에서 접촉한다. 이에 따라, 웨일 방향(74)에서 하중 하에서, 얀 단위 폭(W)의 감소 및 얀 단위 갭(G)의 증가는 얀 접촉의 증가와 연관된다.
이에 따라, 웨일(수직) 방향(74)에서의 하중 하에서, 얀 단위 폭(W)의 감소는 보다 낮은 광학적 다공도의 텍스타일을 야기시킨다. 광 투과가 감소하고 광학적 다공도가 증가함에 따라, MER은 감소한다. 이에 따라, 광학적 다공도는 텍스타일-센서에서 접촉 저항을 조절하는 방법의 구체예에서 웨일(수직) 방향(74)에서 하중 하의 압축 또는 인장력에 대한 감도의 지수로서 사용될 수 있다. 이러한 결과를 적용하여, 보다 높은 광학적 다공도를 갖는 더욱 밀접한 (보다 조밀한) 스티치 패턴은 가벼운 압박 압력 또는 작은 인장력의 측정을 위한 것과 같이 보다 큰 측정 감도를 필요로 하는 텍스타일-센서 적용을 위해 적합한 최적화된 접촉 저항을 포함한다. 이에 따라, 작은 얀 단위 폭(W) 및 상응하는 보다 낮은 광학적 다공도를 갖는 텍스타일-센서는 이러한 적용을 위해 접촉 저항을 증가시키기 위해 편직될 수 있다.
샘플 B에 대하여, 11%의 웨일방향 응력(76) 하에서, 얀 단위 폭(W)은 변형되지 않은 상태의 비교 치수로부터, 약 1% 감소하였으며, 얀 단위 높이(H)는 약 3% 증가하였으며, 얀 단위 갭(G)은 약 3% 증가하였다. 도 16의 사진은 웨일 방향(74)에서 11% 응력(76) 하에서의 샘플 B를 나타낸 것으로서, 변형되지 않은 상태에서와 유사한 얀 접촉을 나타낸다. 샘플 B는 샘플 A에 비해 현저하게 더욱 치밀하다. 즉, 샘플 B는 샘플 A 보다 큰 얀 단위 두께(T), 및 보다 작은 얀 단위 폭(W), 얀 단위 높이(H) 및 얀 단위 갭(G)을 갖는다. 결과적으로, 샘플 B는 심지어 변형 또는 하중 전에 스티치 내에서 실질적인 얀 접촉을 갖는다. 결과적으로, 웨일 방향(74)에서 하중 동안에 샘플 B에 대한 기하학적 파라미터의 변화는 샘플 A처럼 유의미하지 않다.
샘플을 코스 방향(80)(y-축에 따라)으로 신장하였을 때에, 얀 루프(22, 24)의 레그(28)는 서로 떨어져서, 얀 단위 폭(W)은 증가된다. 또한, 얀 단위 높이(H) 및 얀 단위 갭(G) 각각은 감소된다. 얀 두께(T)는 비교적 변형되지 않은 채로 존재한다.
샘플 A에 대하여, 13%의 코스방향 응력 하에서, 얀 단위 폭(W)은 변형되지 않은 상태에서 비교 치수로부터, 약 5% 증가시키며, 얀 단위 높이(H)는 약 14% 감소하였으며, 얀 단위 갭(G)은 약 11% 감소하였다. 20%의 코스방향 응력(78) 하에서, 얀 단위 폭(W)은 변형되지 않은 상태에서 비교 치수로부터, 약 13% 증가하였으며, 얀 단위 높이(H)는 약 15% 감소하였으며, 얀 단위 갭(G)은 약 12% 감소하였다. 도 17에서의 사진은 코스 방향(80)에서 20% 응력(78) 하에서의 샘플 A를 도시한 것이다. 코스 방향(80)에서 변형이 증가함에 따라, 얀 루프(22, 24)는 간격이 넓어져서 보다 적은 얀 접촉을 야기시킨다. 이에 따라, 코스 방향(80)에서의 하중 하에, 얀 단위 폭(W)의 증가, 및 얀 단위 높이(H) 및 얀 단위 갭(G)의 감소는 얀 접촉 감소와 연관성이 있다.
샘플 B에 대하여, 12.5%의 코스방향 응력(82) 하에서, 얀 단위 폭(W)은 변형되지 않은 상태에서의 비교 치수로부터, 약 11% 증가하였으며, 얀 단위 높이(H)는 실질적으로 변경되지 않으며, 얀 단위 갭(G)은 약 3% 감소하였다. 도 18에서의 사진은 코스 방향에서 12.5% 응력(82) 하에서의 샘플 B를 도시한 것이다. 샘플 B는 심지어 변형 또는 로딩 전에 스티치 내에서 실질적인 얀 접촉을 갖는다. 결과적으로, 웨일 방향(74)에서 하중을 갖는 경우와 같이, 코스 방향(80)에서 하중 동안 샘플 B에 대한 기하학적 파라미터의 변동은 샘플 A에 대한 경우 정도로 유의미하지 않다.
즉, 코스(수평) 방향(80)에서 하중 하에, 얀 단위 폭(W)의 증가는 광학적 다공도의 감소 및 MER의 증가(접촉 저항의 증가)를 야기시킨다. 이에 따라, 광학적 다공도는 텍스타일-센서에서 접촉 저항을 조절하는 방법의 구체예에서 코스(수평) 방향(80)에서 하중 하에 압축 또는 인장력에 대한 감소의 지수로서 사용될 수 있다.
실험 E
상이한 스티치 방향(74, 80)에서 압력에 대한 저항의 변화를 결정하기 위하여 각각 상이한 스티치 백분율의 싱글 저지 스티치(10), 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)를 갖는 33개의 샘플 직물을 시험하였다. 이후에, 상이한 스티치 방향(74. 80)에서 온도에 대한 저항의 변화를 결정하기 위하여 샘플 직물을 시험하였다.
압축 시험: 각 샘플 스티치 패턴을 코스(수평) 방향(80) 및 웨일(수직) 방향(74) 둘 모두에서 압력 또는 하중의 효과에 대해 시험하였다.
수평 하중 하에서, 저항은 대부분의 스티치 패턴에서 크게 변경되지 않았다. 본원에 기술된 바와 같이, 접촉 저항은 텍스타일 구조의 특정 방향(74, 80)에서 접촉 포인트의 수, 크기 및 형상에 따라 달라진다. 이에 따라, 코스(수평) 방향(80)에서 보다 적은 접촉 포인트가 존재할 때에, 저항의 보다 낮은 변화가 수평 방향(80)에서 예상된다. 예를 들어, 많은 수의 미스 스티치(36)(예를 들어, 50% 싱글 저지(10), 35% 미스(34) 및 15% 턱 스티치(36)를 갖는 샘플 스티치 패턴)는 코스 방향(80)에서 보다 적은 접촉 포인트를 야기시킨다. 결과적으로, 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법의 구체예는 수평의 낮은 측정 감도 텍스타일-센서를 제공하기 위해 코스에서 보다 적은 접촉 포인트를 갖는 스티치 패턴 및 얀 타입을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 텍스타일-센서는 예를 들어 당뇨병에 걸린 환자에게 사용하기 위해 디자인된 양말에서 발의 볼을 가로지르는 큰 압축 하중을 측정하기 위해 유용할 수 있다.
수직 하중 하에서, 저항은 여러 스티치 패턴에서 변하였다. 특히, 시험에서는, 접촉 저항이 웨일(수직) 방향(74)에서 하중이 증가함에 따라 감소할 수 있음을 나타낸다. 시험 결과는, 압력에 대한 접촉 저항의 조절이 스티치 타입의 백분율의 함수를 나타내며, 이는 얀 접촉 포인트의 수 및 특성에 영향을 미친다. 예를 들어, 다른 샘플에 비해 더욱 높은 백분율의 턱 스티치(36) (및 이에 따라 얀 접촉 포인트)의 50% 싱글 저지(10), 40% 턱(36) 및 10% 미스(34) 스티치를 갖는 하나의 샘플 스티치 패턴은 증가하는 수직 하중과 감소하는 저항 간에 강력한 선형 관계를 나타내었다. 결과적으로, 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법의 구체예는 수직의 높은 측정 감도 텍스타일-센서를 제공하기 위해 보다 높은 백분율의 턱 스티치(36)(및 이에 따라 얀 접촉 포인트)를 갖는 얀 타입 및 스티치 패턴을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 텍스타일-센서는 재활하는 환자에서 악력 및 기간 또는 팔꿈치의 운동과 같은 수직으로 지향된 하중을 측정하기 위해 유용할 수 있다.
유사한 하중 하에서, 저항 수치는 수평 방향(80)에서 보다 수직 방향(74)에서 보다 10배 정도 높은 것으로 발견되었다. 이러한 변화는 특히 수직 방향(74)에서 대부분 턱 스티치(36)의 영향으로 기인한 것이다. 도 3a 및 도 3b를 참조로 하여 본원에 기술된 바와 같이, 턱 스티치 접촉 포인트(44), 턱 루프 접촉 포인트(46), 유지 루프 접촉 포인트(48) 및 수축된 턱 스티치 접촉 포인트(50)는 얀 접촉 구역(52)의 증가를 형성시키고, 이에 따라 텍스타일 구조에서 접촉 저항에 대한 조절을 제공한다. 본 발명에 따라 접촉 저항을 조절하는 방법의 일부 구체예에서, 턱 스티치(36)의 배치는 웨일을 따라 수직 방향(74)에서 전기 전도성 텍스타일-센서에서 접촉 저항을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 다른 구체예에서, 턱 스티치(36)는 텍스타일-센서의 규정된 구역에서 접촉 저항을 최적화하기 위하여 직물의 선택된 구역의 다중 웨일에 배치될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 50% 싱글 저지(10), 40% 턱(36) 및 10% 미스 스티치(34)를 갖는 샘플 스티치 패턴과 같은 양 방향(74, 80)에서 하중이 증가함에 따라 저항이 감소되는 것을 나타내는 특정의 높은 백분율의 턱 스티치(36)를 갖는 스티치 패턴을 선택하는 경우에, 접촉 저항은 양 방향(74, 80)에서 텍스타일-센서에서 최적화될 수 있다. 예를 들어, 이러한 스티치 패턴은 특정 용도를 위해 양 방향 감지 구역을 생성시키기 위해 텍스타일-센서 직물에서 규정된 구역에서 편직될 수 있다.
온도 시험: 33개의 샘플 스티치 패턴 각각을 코스(수평) 방향(80) 및 웨일(수직) 방향(74) 둘 모두에서 저항에 대한 온도의 효과에 대해 시험하였다. 결과는, 저항(및 이에 따라 전기 전도도)이 상이한 스티치 방향(74, 80)에서 그리고 상이한 스티치 백분율에 대하여 온도 변화에 따라 달라진다는 것을 나타내었다.
특히, 결과는, 온도와 저항 간의 관계가 선형임을 나타내었다. 가장 큰 백분율의 턱 스티치(36)(가장 큰 얀 접촉 구역(52)을 가짐)를 갖는 샘플은 온도와 저항 간에 최상의 관계(즉, 최상의 R2 적합성)를 나타내었다. 시험 결과는 온도에 대한 접촉 저항의 조절이 스티치 타입의 백분율의 함수로서, 이는 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수 및 특성에 영향을 미침을 나타낸다. 예를 들어, 다른 샘플에 비해 보다 높은 백분율의 턱 스티치(36) (및 이에 따라 얀 접촉 포인트)를 갖는, 50% 싱글 저지(10), 40% 턱(36) 및 10% 미스(34) 스티치를 갖는 하나의 샘플 스티치 패턴은 온도와 저항 간에 강력한 선형 관계를 나타낸다.
결과적으로, 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법의 구체예는 온도-민감성 텍스타일-센서를 제공하기 위하여 보다 큰 백분율의 턱 스티치(36)를 갖는 스티치 패턴 및 얀 타입을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 텍스타일-센서는 열-민감한 산업적 환경에서, 예를 들어 석유화학 생산 환경에서 주변 온도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 텍스타일-센서의 다른 구체예는 산업적 셋팅, 예를 들어 스틸 밀(steel mill)에서 작업자의 피부 온도를 측정하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 전기 전도성 얀에서의 접촉 저항은 씨실-편직된 텍스타일 구조에서 최적화될 수 있다. 씨실-편직물에서, 하나의 연속 얀은 직물을 가로질러 폭방향으로 진행하고, 각 코스에서 모든 루프(22, 24)를 형성한다. 씨실 편직물은 평평한 및 원형의 편직 기계 둘 모두에서 생산될 수 있다. 다른 구체예에서, 전기 전도성 얀에서의 접촉 저항은 날실-편직된 텍스타일 구조에서 최적화될 수 있다. 날실-편직물에서, 하나 이상의 얀은 일반적으로 길이방향으로 지그재그 패턴으로 진행하는데, 이는 둘 이상의 웨일에서 꼬인 루프(22, 24)를 형성한다.
본 발명에 따른 최적화된 접촉 저항을 갖는 전기 전도성 텍스타일은 텍스타일이 배치되는 사람 또는 물체에서 다양한 변수를 감지하거나 검출할 수 있다. 예를 들어, 이러한 텍스타일은 텍스타일을 착용한 사람에서 생리학적 변화를 감지할 수 있다. 변수의 검출된 변화는 모니터링, 기록 및/또는 피드백을 위해 전달될 수 있다. 감지된 데이터는 전기 신호의 형태일 수 있다. 신호 전달은 텍스타일-센서에서 텍스타일 상의 디바이스로 및/또는 다른 위치로 이루어질 수 있다. 이러한 전달 또는 감지된 데이터와 관련된 다른 작업은 텍스타일-센서와의 전자 인터페이스를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 구체예는 텍스타일-센서와의 이러한 전자 인터페이스를 포함할 수 있다. 전자 인터페이스는 전력원으로부터 전력을 수용하도록 구성된 전자 회로, 데이터 전달을 위해 구성된 전자 회로, 텍스타일-센서 상에 배치되거나 이에 기계적으로 부착되거나, 이와 통합된 전자 장치, 텍스타일-센서와 휴대용 전자 장치 간에 유선 및/또는 무선 커플링, 및/또는 임의의 다양한 상이한 작용 가능하거나 원격의 전자기기와 협력하는 다른 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 전자 인터페이스는 텍스타일-센서를 포함하는 의복의 편의성 및/또는 내구성의 상충을 방지하기 위해 디자인된다.
본 발명의 일 양태에서, 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 자체는 센서로서 작용한다. 이러한 텍스타일-센서의 일부 구체예는 변수 또는 파라미터, 예를 들어 인장력, 압축력, 운동 및 온도를 측정할 수 있다. 이에 따라, 이러한 텍스타일-센서의 다양한 구체예는 상이한 특정 기능성 및 적용을 가질 수 있다. 이러한 텍스타일-센서의 구체예는 예를 들어 (1) 의료용 압박 의복, (2) 운동용 압박 의복, (3) 병원 침대 및/또는 휠체어, (4) 안면 마스크의 피트(fit), (5) 심장 모니터링; (6) EMG 모니터링; (7) 온도 감지; (8) 보철용 팔다리 강화; (9) 운동 감지; (10) 힘 감지; 및 (11) 지능형 붕대(intelligent bandage)와 관련된 기능성 및 적용을 포함할 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 의료용 압박 의복에서 적용을 가질 수 있다. 일 구체예에서, 텍스타일-센서는 상처 드레싱 위에 배치될 수 있는, 압박 의복, 예를 들어 양말을 포함할 수 있다. 압축력을 측정하기 위해 텍스타일-센서에서 저항 센서 구성을 이용하여, 압박 양말은 센서를 가로질러 가해지는 평균 압력을 결정할 수 있고 디스플레이 장치에 그러한 정보를 전달할 수 있다.
각 환자에게 이러한 양말에 의해 가해지는 압박 압력을 비간접적으로 모니터링하는 능력은 개별 환자에 대한 요망되는 압박 수준의 더욱 일정한 적용을 가능하게 한다. 개별화된 압박 압력 치료법은 개선된 상처 회복, 감소된 비용으로의 보다 짧은 치유 시간, 및 과도한 압축으로부터의 다리/팔다리에 대한 손상의 위험 감소를 야기시킬 수 있다. 이러한 구체예는 압박 양말에 의해 가해지는 압박 수준이 (물리적 법칙, 예를 들어 라플라스 방정식에 의해 지배되는) 환자의 팔다리 크기에 따라 변하는, 통상적인 압박 붕대 제품 디자인에서의 주요 한계를 극복한다. 예를 들어, 동일한 제품이 다른 환자에 의해 사용되었을 경우에, 각각은 개개의 팔다리 크기 변동으로 인한 상이한 실제 가해진 압박 수준을 경험할 것이다.
일부 구체예에서, 센서로서의 텍스타일은 신규한 압박 제품이 명시되거나 요망될 때에 제품 수명을 모니터링하고 사용자의 주의를 환기시키기 위해 압박 양말류에 통합될 수 있다. 또한, 센서로서의 텍스타일은 의학적 필요의 기간 동안에 압박력의 연속적인 모니터링을 제공할 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 운동용 압박 의복에서 적용을 가질 수 있다. 일부 구체예에서, 텍스타일-센서는 구매시점에 요망되는 정확한 압박의 소비자 시각화를 가능하게 하기 위하여 운동용 압박 의복에 통합될 수 있다. 또한, 이러한 텍스타일-센서 운동용 압박 의복은 신규한 압박 제품이 요망될 때에 제품 수명의 모니티링을 가능하게 하고 사용자의 주의를 환기시킬 수 있다.
일부 운동 의복 구체예는 트레이닝을 위한 생리학적 파라미터를 측정할 수 있는 속옷(vest)를 포함한다. 이러한 속옷은 스마트폰, 시계, 또는 다른 시각적 디스플레이에 생물학적 데이터를 전달할 수 있다. 이러한 속옷은 예를 들어, 호흡률, 호흡량, 심박동수, 및/또는 산소 포화도를 포함하는 생리학적 매트릭스를 모니터링할 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 병원 침대 및/또는 휠체어에서 적용을 가질 수 있다. 일부 구체예에서, 텍스타일-센서는 직물 표면이 온도 및/또는 압축을 모니터링할 수 있는 병원 침대 및/또는 휠체어에 통합될 수 있다. 맞춤 제작된 센서 크기 및 형상을 갖는 직물층은 환자 또는 건강 관리 제공자가, 환자가 과도한 압력의 포인트로부터 압력 궤양을 발달시킬 위험이 있을 때를 검출하게 할 수 있게 한다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 안면 마스크의 피팅(fitting)에서 적용을 갖는다. 일부 구체예에서, 텍스타일-센서는 임상적 및 "가정" 환경 둘 모두에서 환자에 의해 착용되는 의료 장치에 통합될 수 있다. 예를 들어, 텍스타일-센서 의료 장치는 안면 마스크를 포함할 수 있다. 안면 마스크 텍스타일-센서는 피부 병소를 야기시킬 수 있는 마스크에 의해 과도한 힘의 적용을 적절한 적합성을 확립하고, 편안함을 확보하고, 이러한 과도한 힘의 적용을 제거하기 위해 압축 및 인장력 측정을 사용할 수 있다. 이러한 안면 마스크 텍스타일-센서는 예를 들어 건강 관리 작업자에 의해, 긴급 구조원(first responder)에 의해, 또는 산업적 안전성 요법의 일부로서의 사람에 의해 착용될 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 심장 모니터링의 적용을 가질 수 있다. 본 발명의 일부 구체예는 심장 전기 신호를 모니터링하기 위해 최적화된 접촉 저항을 갖는 전기 전도성 얀을 포함할 수 있다. 심장 감지 얀은 심장 신호의 최적의 감지를 위한 사람의 다양한 위치에 정위 가능한 한 세트 또는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 최적화된 접촉 저항을 갖는 심장 감지 얀은 독립 심장 모니터링 패드를 포함할 수 있거나, 이는 텍스타일-센서에서 요망되는 위치에 통합적으로 편직될 수 있다. 텍스타일-센서 구체예에서, 별도의 센서들 각각은 텍스타일 구조에 통합된 "유선" 경로로 다른 센서에 연결될 수 있다. 심장 모니터 센서는 심전계(ECG) 출력에 연결될 수 있다. 심장 모니터 텍스타일 구조의 구체예는 인간 및 동물 피검체 둘 모두의 피부 상에 전기 신호를 등록할 수 있고, 심장 파형을 측정하고, 기록하고, 전달할 수 있다. 이러한 디바이스는 예를 들어 운동 동안 운동선수의 심박동수 및/또는 ECG를 모니터링하거나 임상적 적용에서 ECG 모니터링을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 심장 모니터 텍스타일 구조의 구체예는 의료 및/또는 운동 적용에서 심박동수 및/또는 ECG를 모니터링하는 것을 포함하는, 심장 신호에 대한 보행 감지 플랫폼을 제공할 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 근전계 모니터링에서 적용을 가질 수 있다. 근전계(EMG)는 골격근의 전기적 활성을 기록하기 위해 사용되는 기술이다. 이러한 기술은 데이터를 수집하기 위해 근육내 또는 피부 표면 전극을 사용할 수 있다. 기술로서의 EMG는 의학적 병, 스포츠 손상 재활, 뿐만 아니라 보철용 통합 및 로봇/인간 인터페이스에 보조하는데 사용될 수 있다. 의료 분야에서, EMG의 주요 용도는 뇌줄중 후 재활이다. EMG는 근육 강도를 결정하기 위한 진단 툴로서 사용된다. 그러나, 이는 또한, 타겟화된 근육 및 관련된 신경을 재훈련시키고 재-강화시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 비교적 신규한 분야는 사용자가 손상된 근육 및 신경 경로를 강화시키고 재훈련시킬 수 있는 게임 시나리오를 프로그래밍하기 위해 생리학적 데이터를 요구한다.
본 발명에 따른 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 구조/센서의 일부 구체예는 근전계(EMG) 모니터링을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 텍스타일 구조는 신경근 재활의 일부로서 센서 피드백을 제공하기 위해 착용될 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 감지 온도에서 적용을 가질 수 있다. 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 인간 온도의 실시간 모니터링을 제공할 수 있다. 베이스층 의복의 겨드랑이 구역 내의 이러한 텍스타일-센서의 배치는 신체 온도의 실시간 모니터링 및 허용 가능한 임상적 파라미터와의 비교를 가능하게 한다. 또한, 의복의 외부 상에 텍스타일 구조의 배치는 환경 오도의 실시간 기록을 제공할 수 있는데, 이는 관리/안전성 요건의 건강 파라미터 및/또는 의무와 비교될 수 있다.
실험 F는 전기 저항이 온도에 의존적임을 예시한다. 이에 따라, 전도도는 온도에 따라 변한다. 이에 따라, 온도를 모니터링하기 위해 사용되는 텍스타일 구조의 일 구체예는 텍스타일 구조에서의 접촉 저항이 최적화될 때에 예상되는 온도 범위를 고려할 수 있다.
실험 F에서, 싱글 저지 스티치 폴리에스터 및 싱글 저지 스티치 메리노 울의 두 개의 코팅되지 않은 직물 샘플을 증기상 중합에 의해 폴리피롤(PPy)로 코팅하였다. 50 mm × 50 mm의 각 직물 샘플을 1시간 동안 철(III) 클로라이드(0.8 mol/L) 및 1,5-나프탈렌디설폰산(0.1 mol/L)의 수용액에 배치시켰다. 샘플을 제거하고, 공기 건조시켰다. 이후에, 건조된 샘플을 바닥에 피롤 모노머를 갖는 시일링된 용기에 현탁시키고, 3시간 동안 60℃로 가열하였다. 이후에, 샘플을 제거하고, 온수로 세척하고, 밤새 건조시켰다.
샘플의 전기 저항률을 30 mm 이격하여 직물 상에 2개의 구리 스트립에 연결된 멀티미터에 의해 아르곤 하에서 10℃ 내지 40℃의 온도에서 5도씩 증가시키면서 측정하였다. 이러한 결과는 도 19 및 도 20에 도시되어 있다. 도 19는 7개의 시험된 온도 각각에 폴리에스터 및 메리노 울 샘플 각각에 대한 측정된 저항률을 나타내는 표이다. 도 20은 온도에 대해 플롯팅된 각 직물 샘플에 대한 저항률 측정을 도시한 그래프이다. 직물 샘플 둘 모두에 대하여, 온도와 저항률 간에 선형의 반비례 관계를 갖는다. 온도가 증가함에 따라, 저항률은 감소하였다. 메리노 울 샘플은 보다 양호한 폴리피롤 코팅을 초래하는 울 직물의 보다 두꺼운 특성으로 인하여, 폴리에스터 샘플의 저항률의 대략 절반의 저항률을 갖는다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 보철용 팔다리 강화에서 적용을 가질 수 있다. 보철용 팔다리를 갖는 사람은 물체를 "느끼는" 능력을 상실한다. 신경은 절단되었으며, 이에 따라, 감촉이 상실된다. 신경 공학은, 이러한 시스템에서의 압력이 팔다리의 생존 부분 내에 신경절로 이동되도록, 질병에 걸리거나 이형 신경 시스템을 갖는 개체에 대한 신경 보철 시스템에서 디바이스의 임상적 실행을 포함한다. 이러한 압력-신경절 인터페이스의 예는 신경 조직과 공학처리된 디바이스 간의 "신경유사 인터페이스"로서 공지되어 있다. 신경유사 인터페이스는 전극, 폴리머, 또는 신경 조직의 기계적, 화학적, 및/또는 전기적 성질과 유사한 다른 디바이스 또는 물질로서 정의된다. 신경 공학의 목적은 마치 이러한 것 천연 신경 조직인 것처럼 거동하는 이러한 디바이스를 통합하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 구조의 일부 구체예는 병이 난 팔다리에서의 이러한 압력을 전기 신호를 전환시키고 팔다리의 생존하는 부분 내의 신경절에 이러한 신호로 전달할 수 있다. 다른 구체예에서, 말초 신경 전극은 신경유사 인터페이스를 달성하기 위하여 전기적 및 광학적 자극 기술과 결합할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 신경 조직과 유사한 기계적 성질을 갖는 폴리머 섬유 기판은 외피 전극(cortical electrode)에서 또는 이러한 외피 전극으로서 사용될 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 운동을 모니터링하는데 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 구조의 일부 구체예는 전기 저항의 변화에 의해 텍스타일의 이동을 측정할 수 있다. 센서 배치는 형상은 이동이 측정되는 지를, 그리고 이동이 어떻게 측정되는 지를 결정하는 것을 돕는다. 일부 구체예에서, 접촉 저항-최적화된 텍스타일-센서는 절대 이동 보다는 평균 이동을 제공할 수 있다. 특정 구체예에서, 텍스타일-센서는 다른 센서, 예를 들어 통상적인 정전 용량형 센서와 결합될 수 있다. 이러한 결합에서, 절대 이동은 높은 정도의 감도로 측정될 수 있다.
접촉 저항-최적화된 텍스타일 구조(단독 또는 다른 타입의 센서와 함께)의 일부 구체예에 의해 모니터링될 수 있는 이동 타입의 예는 (1) 의료 및/또는 운동 적용에서의 단순 호흡률; (2) 의료 및/또는 운동 적용에서의 일호흡량; (3) 에를 들어 의료 재활에서의 팔다리 운동; (4) 예를 들어, 의료 및 스포츠 재활에서의 팔다리 운동 및 관절 각도; (5) 예를 들어, 의료, 산업 및 긴급 구조원/군용 적용에서의 로봇/인간 인터페이스; 및 (6) 표면 아래 모니터링, 예를 들어 구조 및/또는 지진 타입 이동을 모니터링, 및 지질공학적 실시간으로 및 재해 예방 적용과 관련된 모니터링을 포함한다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 힘을 모니터링하는데 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 구조의 일부 구체예는 전기 저항의 변화에 의해 인정 및 압축력 둘 모두를 측정할 수 있다. 이러한 구체예는 절대 압축력 및/도는 평균 인장력을 측정할 수 있다. 이러한 구체예는 (1) 의료 및/또는 운동 적용에서의 압력 센서; (2) 의료용 압박 붕대; (3) 예를 들어, 발달된 의료 및 스포츠 재활에서의 팔다리 강도/파워; (4) 보행 혈압 모니터링; 및 (5) 예를 들어 구조 및 "재해" 힘, 지질 공학적 실시간, 재해 예방 적용에서의 지표 아래 모니터링을 포함하는 적용에서 이러한 힘을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다.
최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일-센서의 일부 구체예는 지능형 붕대에서의 적용을 가질 수 있다. 텍스타일 구조의 일부 이러한 구체예는 "지능형" 붕대의 생산에서 사용될 수 있다. 이러한 붕대는 온도, 힘, 수분, 및/또는 pH를 감지할 수 있다. 특정 구체예에서, 접촉 저항-최적화된 텍스타일-센서는 팔다리 손발의 미소 순환을 감지할 수 있다.
본 발명의 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일의 구체예는 텍스타일에 대한 감지 활성을 선택하고; 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터의 변수들의 조합을 선택하고; 변수들의 선택된 조합에 따라 텍스타일에서 전기 전도성 얀을 편직하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 변수들의 편직 조합은 감지 활성에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관된 텍스타일에서 최적 접촉 저항을 제공한다. 일부 구체예에서, 변수들의 편직 조합은 최적 접촉 저항과 연관된 전기 전도성 얀에 대한 예측 가능한 얀 접촉 구역(52)을 제공한다. 일부 구체예에서, 얀 접촉 구역(52)은 크기 및 형상을 포함하며, 변수들의 편직 조합은 얀 접촉 구역(52)의 크기 및 형상과 연관된 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 예측 가능한 수 및 특성을 제공한다.
변수들의 조합은 얀 타입, 얀 제작 방법 및 얀 총수를 포함하는 얀 변수로부터 선택될 수 있다. 변수들의 조합은 스티치 패턴, 스티치 길이 및 스티치 백분율을 포함하는 스티치 변수로부터 선택될 수 있다. 변수들의 조합은 전기 저항률, 직물 두께, 직물 중량, 광학적 다공도, 및 영구 신축률을 포함하는 텍스타일 변수로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 스티치 패턴을 포함하는 스티치 변수는 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예는 감지 활성에 대한 측정 감도를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 변수들의 편직 조합은 측정 감도에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관된 텍스타일에서의 최적 접촉 저항을 제공할 수 있다. 특정 구체예에서, 텍스타일에 대한 감지 활성을 선택하는 것은 텍스타일에 대한 복수의 상이한 감지 활성을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 감지 활성은 감지 인장력, 압축력, 이동, 온도 및 생리학적 활성으로부터 선택될 수 있다.
전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법, 및 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일의 다른 구체예는 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 변수의 조합을 선택하고; 변수의 선택된 조합에 따라 텍스타일에서 얀 전기 전도성 얀을 편직하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 변수들의 편직 조합은 텍스타일에서 조절 가능한 양의 접촉 저항을 제공한다. 일부 구체예는 텍스타일에 대한 감지 활성을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 텍스타일에서 접촉 저항의 조절된 양은 감지 활성에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관된다. 이러한 구체예에서, 변수들의 조합은 얀 타입, 얀 제작 방법 및 얀 총수를 포함하는 얀 변수들로부터 선택될 수 있다. 변수들의 조합은 스티치 패턴, 스티치 길이 및 스티치 백분율을 포함하는 스티치 변수들로부터 선택될 수 있다. 변수들의 조합은 전기 저항률, 직물 두께, 직물 중량, 광학적 다공도 및 영구 신축률을 포함하는 텍스타일 변수들로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 스티치 패턴을 포함하는 스티치 변수는 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)로부터 선택될 수 있다.
일부 구체예는 접촉 저항을 감소시키기 위해 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 얀 접촉 구역(52)은 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수 및 크기를 포함한다. 일부 구체예는 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수 및 크기 및 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키기 위해 증가된 스티치 길이(20)를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 이에 의해 접촉 저항의 양을 감소시킬 수 있다. 다른 구체예는 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수 및 크기 및 얀 접촉 구역(52)의 크기를 조절하고, 이에 의해 접촉 저항의 양을 조절하기 위해 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)의 스티치 백분율을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 또 다른 구체예는 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수 및 크기 및 얀 접촉 구역(52)의 크기를 조절하고, 이에 의해 접촉 저항의 양을 조절하기 위해 필라멘트 얀 및 짧은 섬유 얀으로 이루어진 군으로부터의 얀 타입을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 얀 타입은 천연 얀 및 합성 얀으로부터 선택될 수 있다. 또 다른 구체예는 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 수 및 크기 및 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키고, 이에 의해 접촉 저항의 양을 감소시키기 위해 증가된 얀 총수를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
일부 구체예는 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키고, 이에 의해 접촉 저항의 양을 감소시키기 위해 증가된 직물 두께를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 일부 구체예는 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 증가된 스티치 백분율을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구체예는 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키고 이에 의해 접촉 저항의 양을 감소시키기 위해 증가된 직물 중량을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 증가된 직물 중량을 선택하는 것은 미스 스티치(34) 및 턱 스티치(36)의 증가된 스티치 백분율을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구체예는 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키고 이에 의해 접촉 저항의 양을 감소시키기 위해 감소된 광학적 다공도를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 감소된 광학적 다공도를 선택하는 것은 턱 스티치(36)의 증가된 스티치 백분율을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 또 다른 구체예는 얀 접촉 구역(52)의 크기를 증가시키고, 이에 의해 접촉 저항의 양을 감소시키기 위해 신장시 감소된 투과율을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 텍스타일에서의 전기 전도성 얀은 텍스타일에서의 휴지 평균 전기 저항률(MER)을 추가로 포함할 수 있으며, 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)의 스티치 백분율은 휴지 MER 및 접촉 저항의 양을 감소시키기 위해 선택될 수 있다.
일부 구체예는 감지 활성에 대한 측정 감도를 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 텍스타일에서 접촉 저항의 조절된 양은 측정 감도에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관될 수 있다. 일부 구체예에서, 측정 감도는 인장력, 압축력, 운동, 온도 및 생리학적 활성으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 텍스타일에서의 전기 전도성 얀은 평균 전기 저항률(MER)을 추가로 포함할 수 있으며, 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)의 스티치 백분율은 텍스타일의 변형 동안에 측정 감도를 조절하기 위해 MER에서 특정 동적 범위를 제공하도록 선택될 수 있다. 특히, MER의 동적 범위는 큰 힘 범위에 걸쳐 압축력의 신뢰성 있는 측정을 위한 감소된 측정 감도에 대한 접촉 저항을 최적화하기 위해 MER의 큰 동적 범위를 포함할 수 있다. 대안적으로, MER의 동적 범위는 작은 힘 범위에 걸쳐 압축력의 신뢰성 있는 측정을 위한 증가된 측정 감도에 대한 접촉 저항을 최적화하기 위해 MER의 작은 동적 범위를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 텍스타일에서의 전기 전도성 얀은 평균 전기 저항률(MER)을 추가로 포함할 수 있으며, 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)의 스티치 백분율은 얕은 경량 압력의 신뢰성 있는 측정을 위해 증가된 측정 감도에 대한 접촉 저항을 최적화하기 위해 좁은 범위의 MER 변동을 제공하도록 선택될 수 있다. 다른 구체예에서, 텍스타일에서의 전기 전도성 얀은 광학적 다공도를 추가로 포함할 수 있으며, 특정 광학적 다공도는 압축 또는 인장력 하중에 대한 측정 감도를 조절하기 위해 접촉 저항을 최적화하도록 선택될 수 있다. 특히, 광학적 다공도는 증가된 측정 감도에 대한 접촉 저항을 감소시키기 위해 낮은 광학적 다공도를 포함할 수 있다. 대안적으로, 광학적 다공도는 감소된 측정 감도에 대한 접촉 저항을 증가시키기 위해 높은 광학적 다공도를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)의 스티치 백분율은 온도 측정 감도를 조절하기 위해 접촉 저항의 양을 최적화하도록 선택될 수 있다.
이러한 방법의 특정 구체예에서, 텍스타일에 대한 감지 활성을 선택하는 것은 텍스타일에 대한 복수의 상이한 감지 활성을 선택하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다양한 이러한 구체예에서, 감지 활성은 인장력, 압축력, 운동, 온도 및 생리학적 활성을 감지하는 것으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 텍스타일의 일부 구체예는 텍스타일에 편직되고 감지 활성에 대해 구성된 전기 전도성 얀을 포함하는 감지 구역; 및 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 선택된 변수들의 조합을 포함하는 가“G 구역을 포함할 수 있으며, 여기서 변수들의 조합은 감지 활성에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관된 텍스타일에서의 최적 접촉 저항을 제공한다. 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 최적 접촉 저항과 연관된 전기 전도성 얀에 대한 예측 가능한 얀 접촉 구역(52)을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 얀 접촉 구역(52)은 크기 및 형상을 추가로 포함할 수 있으며, 변수들의 조합은 얀 접촉 구역(52)의 크기 및 형상과 연관된 얀 접촉 포인트(42, 44, 46, 48, 50)의 예측 가능한 수 및 특성을 추가로 포함할 수 있다.
변수들의 조합은 얀 타입, 얀 제작 방법 및 얀 총수로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 텍스타일의 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 스티치 패턴, 스티치 길이 및 스티치 백분율로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 텍스타일의 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 전기 저항률, 직물 두께, 직물 중량, 광학적 다공도 및 영구 신축률로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 스티치 패턴을 포함하는 스티치 변수는 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
이러한 텍스타일의 일부 구체예에서, 감지 활성은 측정 감도를 포함할 수 있으며, 변수들의 조합은 측정 감도에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관된 텍스타일에서의 최적 접촉 저항을 포함한다. 이러한 텍스타일의 일부 구체예는 복수의 가“G 구역을 추가로 포함할 수 있으며, 감지 구역 각각은 상이한 감지 활성에 대해 구성될 수 있다. 이러한 텍스타일의 일부 구체예에서, 감지 활성은 인장력, 압축력, 운동, 온도 및 생리학적 활성을 감지하는 것으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 텍스타일의 일부 구체예는 텍스타일에서 편직된 전기 전도성 얀을 포함하는 감지 구역; 및 얀 변수, 스티치 변수 및 텍스타일 변수로 이루어진 군으로부터 선택된 변수들의 조합을 포함하는 감지 구역을 포함할 수 있으며, 여기서, 변수들의 조합은 텍스타일에서 조절 가능한 양의 접촉 저항을 제공한다. 감지 구역은 감지 활성에 대해 구성될 수 있으며, 텍스타일에서 접촉 저항의 조절된 양은 감지 활성에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관될 수 있다. 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 연 타입, 얀 제작 방법 및 얀 총수로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 스티치 패턴, 스티치 길이 및 스티치 백분율로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 변수들의 조합은 전기 저항률, 직물 두께, 직물 중량, 광학적 다공도, 및 영구 신축률로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 스티치 패턴을 포함하는 스티치 변수는 미스 스티치(34), 턱 스티치(36) 및 저지 스티치(10)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
텍스타일의 일부 구체예에서, 감지 활성은 측정 감도를 포함할 수 있으며, 변수들의 조합은 측정 감도에 대한 목적으로 하는 전기 전도도와 연관된 텍스타일에서 최적 접촉 저항을 포함할 수 있다. 텍스타일의 일부 구체예는 복수의 감지 구역을 추가로 포함할 수 있으며, 감지 구역 각각은 상이한 감지 활성에 대해 구성될 수 있다. 이러한 텍스타일의 일부 구체예에서, 감지 활성은 인장력, 압축력, 운동, 온도 및 생리학적 활성을 감지하는 것으로부터 선택될 수 있다.
전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법, 및 본 발명에 따른 이러한 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일은 전기 전도성 얀 및 텍스타일을 구성하기 위해 통상적인 방법에 비해 장점을 제공한다. 한 장점은, 본 발명의 구체예가 전기 접촉 저항의 조절 및 이에 따라 텍스타일 구조의 감도의 조절을 가능하게 하는 얀 접촉 구역(52)의 위치 및 크기를 최적화하기 위해 텍스타일 구조를 디자인하는 방법을 포함한다. 이에 따라, 이러한 방법은 특정 적용을 위해 텍스타일 구조를 다르게 하기 위한 기본을 제공한다. 결과적으로, 이러한 방법은 광범위한 적용 및 제품에서 사용될 수 있다.
다른 장점은 본 발명의 구체예가 접촉 저항의 조절을 개선시키는 얀 및 텍스타일의 예측 가능한 특징 및 변수를 사용한다. 이에 따라, 본 발명의 구체예는 전기 전도성 얀의 접촉 저항을 단순하고 비용-효율적이고 반복 가능한 방식으로 최적화하는 것을 제공한다.
다른 장점은 본 발명의 구체예가 텍스타일 센서에서 단일 전기 전도성 섬유 타입의 사용을 가능하게 한다는 것이다.
다른 장점은 본 발명의 "텍스타일-센서"가 복수의 포인트 출력(예를 들어, 생리학적 변수)을 모니터링하고, 이에 따라 이러한 출력의 더욱 포괄적이고/거나 평균처리된 측정을 가능하게 하기 위해 텍스타일에 통합된 능력을 제공한다.
다른 장점은 본 발명의 구체예가 힘, 압력, 운동, 온도 및/또는 생리학적 활성에 대한 센서로서 최적화된 접촉 저항을 갖는 텍스타일 구조를 사용할 수 있다.
다른 장점은 이에 따라 이러한 직물의 향상된 감지 능력을 제공하는 본 발명의 구체예가 복합 구조에 도입될 수 있다는 것이다. 이러한 결합 센서는 수동 또는 능동 감지 플랫폼 중 어느 하나를 제공할 수 있다. 일 적용에서, 이러한 센서는 인간 신체의 생리학적 출력을 원격으로 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 직물을 사용하여 얻을 수 있는 다양한 데이터는 예를 들어 건강 결과를 개선시키고 운동선수, 긴급 구조원 및 군인의 안전성을 향상시키기 위해 그리고 산업적 적용을 위하여 사용될 수 있다.
다른 장점은 편직물을 포함하는 본 발명의 구체예가 직조된 물질에 비해 우수한 드레이핑 특징(유기 형상으로 형성되는 능력)을 제공하여, 이에 의해 사용자 편의성, 내구성, 및 비용을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일부 구체예는 통상적인 텍스타일-기반 센서에 비해 제작에 있어 장점을 제공한다. 예를 들어, 이러한 방법은 제작 전에 프로그래밍하는 컴퓨터 이용 설계(CAD)를 이용하여 실행될 수 있고, 이에 의해 시행 착오 구성을 위한 헛수고, 기계처리 및 물질 비용을 방지할 수 있다. 접촉 저항을 최적화하는 텍스타일 구조를 제작하기 위해 프로그래밍된 CAD 시스템은 전기 전도성 얀의 가요성 전도 네트워크가 정지할 때에 또는 수축 또는 압축될 때에 이러한 텍스타일 구조를 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 텍스타일 구조에서 접촉 저항을 최적화하기 위해 조절 가능한 스티치 및 얀 변수는 현존하는 상업적 편직 기계에서 사용 가능한 CAD 소프트웨어로 실행될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 구체예는 현존하는 텍스타일 센서와 비교하여 비용에 있어서 크게 감소되면서 단순화된 디자인 및 제작 공정의 장점을 제공할 수 있다. 현존하는 상업적 장비를 사용함으로써, 본 발명의 구체예는 내구성 있는 저항성 텍스타일-센서를 반복적으로 생산하기 위한 수단의 장점을 추가로 제공할 수 있다.
본 발명이 특정 구체예를 참조로 하여 기술되었지만, 이러한 구체예들이 오로지 본 발명의 원리를 예시하는 것으로 인식되어야 한다. 당업자는 본 발명의 전기 전도성 얀 및 텍스타일에서 접촉 저항을 최적화하는 방법, 및 이에 따라 최적화된 얀 및 텍스타일은 다른 방식 및 구체예에서 구성되고 실행될 수 있다. 이에 따라, 본원의 설명은 본 발명을 한정하는 것으로서 읽혀지지 않으며, 다른 구체예는 또한 본 발명의 범위 내에 속한다.

Claims (60)

  1. 텍스타일(textile)로서,
    상기 텍스타일은 적어도 하나의 센서를 포함하되, 상기 센서는 인장력, 압축력, 운동 및 생리학적 활성으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 감지 활성의 측정을 위하여 구성되고, 상기 센서는 상기 텍스타일에 편직되고 상기 텍스타일에 완전 통합된(fully integrated), 전기 전도성 얀(electrically conductive yarn)을 포함하며;
    상기 센서는 미스(miss: M) 스티치와 턱(tuck: T) 스티치의 상이한 조합과 적어도 50% 싱글 저지 스티치(single jersey stitch)를 갖는 스티치 패턴을 포함하되, 상기 센서 내 상기 스티치 패턴의 미스 스티치의 퍼센트가 적어도 5% 내지 최대 45%이고, 상기 센서 내 상기 스티치 패턴의 턱 스티치의 퍼센트가 적어도 5% 내지 최대 45%이며;
    상기 스티치 패턴은 상기 스티치들 간의 접촉 포인트의 수에 기인하는 접촉 구역(contact area)을 획정하고;
    상기 스티치들 간의 상기 접촉 구역의 변화로 인한 상기 센서의 전도도의 변화가 측정 가능하고 상기 감지 활성의 모니터링을 가능하게 하는, 텍스타일.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 얀은 얀 타입, 얀 제작 방법 및/또는 얀 총수(yarn count)에 의해 규정되고, 상기 얀 타입, 얀 제작 방법 및/또는 얀 총수의 선택은 각 접촉 포인트에 기인하는 상기 접촉 구역을 추가로 획정하는, 텍스타일.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스티치는 각 접촉 포인트에 기인하는 상기 접촉 구역을 추가로 획정하는 스티치 길이를 포함하는, 텍스타일.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 텍스타일은, 각 접촉 포인트에 기인하는 상기 접촉 구역을 추가로 획정하는, 전기 저항률, 직물 두께, 직물 중량, 광학적 다공도 및 영구 신축률(percentage permanent stretch: PPS)을 더 포함하는, 텍스타일.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 활성은 측정 감도를 포함하고, 상기 스티치 패턴은 상기 스티치들 간의 접촉 포인트의 개수가 상기 측정 감도와 상관이 있는 접촉 구역을 초래하도록 선택되는, 텍스타일.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서를 복수개 더 포함하되, 각 센서가 상이한 감지 활성용으로 구성되는, 텍스타일.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 텍스타일 내의 상기 전도성 얀은 평균 전기 저항률(mean electrical resistivity: MER)을 더 포함하고, 상기 감지 활성은 압축력을 감지하는 것을 포함하고, MER의 동적 범위는 상기 텍스타일의 변형 동안 측정 감도를 제어하는, 텍스타일.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지 활성은 생리학적 활성을 감지하는 것을 포함하고, 상기 생리학적 활성을 감지하는 것은 심장 모니터링, 근육 활동 모니터링 및 뇌파 신호 감지로 이루어진 군으로부터 선택된 활성을 포함하는, 텍스타일.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 텍스타일을 포함하는 지능형 붕대(intelligent bandage).
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 텍스타일을 포함하는 의복으로서,
    상기 의복은 의료용 의복(medical garment)을 포함하고, 상기 텍스타일의 감지 활성은 감지 평균 압축력을 포함하는, 의복.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 텍스타일을 포함하는 의복으로서,
    상기 의복은 운동용 의복을 포함하고, 상기 텍스타일의 감지 활성은 생리학적 감지 활성을 포함하는, 의복.
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