'เส้นใยอัจฉริยะ' เปลี่ยนเสื้อผ้าเป็นหน้าจอสัมผัส ตรวจวัดอุณหภูมิร่างกาย

ปัจจุบันหน้าจอกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในชีวิตประจำวันของผู้คน ไม่ว่าจะเป็นบนโทรศัพท์ ป้ายโฆษณา อุปกรณ์สวมใส่ขนาดเล็ก เครื่องชงกาแฟ โถสุขภัณฑ์ หรือที่อื่น ๆ อีกมากมาย แต่ล่าสุด นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการค้นพบวิธีรวมหน้าจอเข้าเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อผ้าแล้ว

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS) พัฒนาเทคโนโลยีเส้นใยอิเล็กทรอนิกส์ ที่สามารถเปลี่ยนเนื้อผ้าธรรมดาให้กลายเป็นหน้าจอสัมผัสได้ โดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งหน้าจอแยกลงบนเสื้อผ้า เพราะตัวเนื้อผ้าเองทำหน้าที่เป็นจอแสดงผล สามารถเล่นวิดีโอ แสดงผลการแจ้งเตือน ตรวจวัดอุณหภูมิร่างกาย และตอบสนองต่อการสัมผัสได้

เทคโนโลยีดังกล่าวใช้เส้นใยอิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษที่ไวต่อแรงกด ภายในประกอบด้วยชิป LED ขนาดจิ๋ว สายไฟเชื่อมต่อ และชั้นรับสัมผัส โดยแต่ละเส้นมีความหนาประมาณ 1 มิลลิเมตร และยาวได้ถึง 10 เมตร

ในการทดลอง ทีมวิจัยนำเส้นใยอิเล็กทรอนิกส์ 54 เส้น มาทอรวมเข้ากับบริเวณแขนเสื้อ โดยแต่ละเส้นมีหลอด LED จำนวน 96 ดวง ทำให้เกิดเป็นหน้าจอความละเอียด 96 × 54 พิกเซล ขนาดประมาณ 168 × 105 เซนติเมตร รองรับการแสดงผล 30 เฟรมต่อวินาที และความลึกของสี 8 บิต 

อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ความละเอียดของจอดังกล่าวจะยังไม่สูงเท่าหน้าจอทั่วไปในปัจจุบัน แต่สามารถแสดงภาพ ภาพเคลื่อนไหว และส่วนติดต่อผู้ใช้งานแบบกราฟิกอย่างง่ายได้

ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ระบุว่า หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือสิ่งที่เรียกว่า ‘เส้นใยพิกเซลดิจิทัล’ (Digital Pixel Fibers) ซึ่งเป็นเส้นพลาสติกที่มีความยืดหยุ่น ภายในเรียงตัวด้วยชิป LED ขนาดเล็ก พร้อมสายไฟและชั้นรับสัมผัส โดย LED แต่ละดวงทำหน้าที่เป็นหนึ่งพิกเซล สามารถเปล่งแสงได้หลายสี ขณะที่สายไฟทำหน้าที่ส่งพลังงานและคำสั่งไปยังหลอดไฟแต่ละดวง

การนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากมาใส่ไว้ในเส้นใยที่บางและยืดหยุ่นไม่ใช่เรื่องง่าย ทีมวิจัยต้องเริ่มจากจัดเรียงชิป RGB LED หลายพันชิ้นเป็นแนวยาว ก่อนเชื่อมต่อด้วยสายทองแดงหุ้มฉนวนขนาดเล็ก จากนั้นใช้เลเซอร์ที่ควบคุมได้เปิดฉนวนเฉพาะจุด เพื่อเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับชิป LED ด้วยการบัดกรี กระบวนการนี้ทำให้สามารถเชื่อมต่อชิปอิเล็กทรอนิกส์ได้มากกว่า 5,000 ชิ้น ผ่านจุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากว่า 20,000 จุด

จากนั้นจึงใช้กระบวนการที่เรียกว่า ‘Thermal Drawing’ หรือการขึ้นรูปด้วยความร้อนและดึงยืดวัสดุ ทำให้โครงสร้างพอลิเมอร์ขนาดใหญ่กลายเป็นเส้นใยที่บางลง พร้อมห่อหุ้มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไว้ภายในด้วยวัสดุโปร่งใสและยืดหยุ่น รวมถึง เพิ่มชั้นนำไฟฟ้าใต้หลอด LED เพื่อรองรับการสัมผัส

นอกจากหน้าจอแล้ว นักวิจัยยังผสานอุปกรณ์อื่น ๆ เข้าไปในเส้นใยของเสื้อผ้า ทั้งไมโครโฟนและลำโพงสำหรับรับคำสั่งเสียงและเล่นเสียง เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวและทิศทาง เข็มทิศดิจิทัล เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิร่างกาย และเซ็นเซอร์ตรวจวัดแสงโดยรอบ เพื่อปรับความสว่างของหน้าจอโดยอัตโนมัติ

เมื่อทำงานร่วมกัน อุปกรณ์เหล่านี้ทำให้แขนเสื้อสามารถทำหน้าที่คล้ายสมาร์ตโฟนรุ่นแรก ๆ ทั้งเล่นวิดีโอพร้อมเสียง รับคำสั่งด้วยเสียง ปรับทิศทางหน้าจอตามการเคลื่อนไหว และแสดงอุณหภูมิร่างกายของผู้สวมใส่ได้

อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ปัจจุบันจะมีการพัฒนาหน้าจอยืดหยุ่น สิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ และเสื้อผ้าอัจฉริยะอยู่แล้ว แต่ส่วนใหญ่มักเป็นการนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาติดตั้งบนผ้า หรือเพิ่มความสามารถด้านการตรวจจับและการให้แสงแบบพื้นฐาน ขณะที่ผลงานนี้ถือเป็นการพัฒนาส่วนติดต่อผู้ใช้งานแบบกราฟิกที่ตั้งโปรแกรมได้และรองรับการสัมผัส โดยใช้เส้นใยอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อผ้าโดยตรง

ทีมวิจัยยังทดสอบพบว่า ผ้าอิเล็กทรอนิกส์สามารถผ่านการซักด้วยเครื่องซักผ้าได้ 50 ครั้ง และทนต่อการพับงอ 1,000 รอบ โดยประสิทธิภาพการแสดงผลและการสัมผัสไม่ได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

สำหรับการใช้งานในอนาคต เทคโนโลยีนี้อาจนำไปพัฒนาเป็นเสื้อผ้าอัจฉริยะที่แสดงการแจ้งเตือน ระบบนำทาง และข้อมูลต่าง ๆ โดยผู้สวมใส่ไม่จำเป็นต้องหยิบโทรศัพท์ขึ้นมาใช้ 

ขณะที่ในทางการแพทย์อาจนำไปใช้ติดตามสัญญาณชีพ เช่น อุณหภูมิร่างกายและอัตราการเต้นของหัวใจ 

ส่วนในแวดวงกีฬาอาจช่วยติดตามสมรรถภาพของนักกีฬา และในภาคอุตสาหกรรมอาจใช้แสดงคำเตือนด้านความปลอดภัยหรือคำแนะนำในการทำงานผ่านแขนเสื้อได้

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยียังมีข้อจำกัด ทั้งความหนาของเส้นใยที่อยู่ที่ประมาณ 1 มิลลิเมตร และความละเอียดหน้าจอที่ยังค่อนข้างต่ำ นักวิจัยจึงกำลังพัฒนาชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ให้มีขนาดเล็กลงและทำเส้นใยให้บางขึ้น พร้อมเพิ่มเซ็นเซอร์ที่มีความสามารถสูงขึ้นและระบบปัญญาประดิษฐ์หรือ AI ที่ประมวลผลได้ภายในตัวอุปกรณ์

เป้าหมายระยะยาวคือการรวมหน้าจอ ระบบสัมผัส และการประมวลผลอัจฉริยะไว้ในสิ่งทอชิ้นเดียว เพื่อพัฒนาเสื้อผ้าที่สามารถตรวจสอบข้อมูลของผู้สวมใส่ รับรู้สภาพแวดล้อม และให้ข้อมูลหรือความช่วยเหลือได้อย่างชาญฉลาดด้วย

ที่มา : New Atlas