This review paper deals with materials, classification, and a current article investigation on smart textile sensors for wearable vital signs monitoring (WVSM). Smart textile sensors can lose electrical conductivity during vital signs monitoring when applying them to clothing. Because they should have to endure severe conditions (bending, folding, and distortion) when wearing. Imparting electrical conductivity for application is a critical consideration when manufacturing smart textile sensors. Smart textile sensors fabricate by utilizing electro-conductive materials such as metals, allotrope of carbon, and intrinsically conductive polymers (ICPs). It classifies as performance level, fabric structure, intrinsic/extrinsic modification, and sensing mechanism. The classification of smart textile sensors by sensing mechanism includes pressure/force sensors, strain sensors, electrodes, optical sensors, biosensors, and temperature/humidity sensors. In the previous study, pressure/force sensors perform well despite the small capacitance changes of 1-2 pF. Strain sensors work reliably at 1 ㏀/cm or lower. Electrodes require an electrical resistance of less than 10 Ω/cm. Optical sensors using plastic optical fibers (POF) coupled with light sources need light in-coupling efficiency values that are over 40%. Biosensors can quantify by wicking rate and/or colorimetry as the reactivity between the bioreceptor and transducer. Temperature/humidity sensors require actuating triggers that show the flap opening of shape memory polymer or with a color-changing time of thermochromic pigment lower than 17 seconds.
Smart textile industries have been precipitously developed and extended to electronic textiles and wearable devices in recent years. In particular, owing to an increasingly aging society, the elderly healthcare field has been highlighted in the smart device industries, and pressure sensors can be utilized in various elderly healthcare products such as flooring, mattress, and vital-sign measuring devices. Furthermore, elderly healthcare products need to be more lightweight and flexible. To fulfill those needs, textile-based pressure sensors is considered to be an attractive solution. In this research, to apply a textile to the second layer using a pressure sensing device, a novel type of conductive textile was fabricated using vapor phase polymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT). Vapor phase polymerization is suitable for preparing the conductive textile because the reaction can be controlled simply under various conditions and does not need high-temperature processing. The morphology of the obtained PEDOT-conductive textile was observed through the Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM). Moreover, the resistance was measured using an ohmmeter and was confirmed to be adjustable to various resistance ranges depending on the concentration of the oxidant solution and polymerization conditions. A 3-layer 81-point multi-pressure sensor was fabricated using the PEDOT-conductive textile prepared herein. A 3D-viewer program was developed to evaluate the sensitivity and multi-pressure recognition of the textile-based multi-pressure sensor. Finally, we confirmed the possibility that PEDOT-conductive textiles could be utilized by pressure sensors.
This paper provides a review of wearable textile strain sensors that can measure the deformation of the body surface according to the movements of the wearer. In previous studies, the requirements of textile strain sensors, materials and fabrication methods, as well as the principle of the strain sensing according to sensor structures were understood; furthermore, the factors that affect the sensing performance were critically reviewed and application studies were examined. Textile strain sensors should be able to show piezoresistive effects with consistent resistance-extension in response to the extensional deformations that are repeated when they are worn. Textile strain sensors with piezoresistivity are typically made using conductive yarn knit structures or carbon-based fillers or conducting polymer filler composite materials. For the accuracy and reliability of textile strain sensors, fabrication technologies that would minimize deformation hysteresis should be developed and processes to complement and analyze sensing results based on accurate understanding of the sensors' resistance-strain behavior are necessary. Since light-weighted, flexible, and highly elastic textile strain sensors can be worn by users without any inconvenience so that to enable the users to continuously collect data related to body movements, textile strain sensors are expected to become the core of human interface technologies with a wide range of applications in diverse areas.
This study aimed to produce fiber stretch sensors for smart soccer socks to prevent injuries during training. A sensor was manufactured with stretchable fabric and tested to ensure convenience during training. In order to manufacture the fiber stretch sensor, a CNT dispersion solution was applied to an e-band and elastic polyester fabric, and the performance of the sensors was evaluated by a tensile test. Performance evaluation showed that both of the tested fabrics are excellent for this purpose. Both sensors were attached to socks to create prototype wearable devices, and an experiment was conducted to determine whether a resistance change accompanying relaxation and contraction of the gastrocnemius muscle could be detected. In order to accurately evaluate performance as a sensor, the fabric was stretched 20 times at low speeds of 1 Hz and 0.5 Hz. A change in resistance due to tension was observed, with both the E-band and the stretchable poly fabric showing high sensitivity and high reproducibility. Both can be used as relaxation/contraction sensors. Smart soccer socks were made using the two materials, and an evaluation was conducted. Tensile tests were done on the smart soccer socks; the tests were done 20 times per sock, and the sensor showed a stable resistance change between 30 and 40 ohms depending on the tension of the sensor. As a result, we confirmed that smart soccer socks with stretch sensors made of E-bands can measure changes in the gastrocnemius muscle.
The usage of textile-based sensors has increased due to their many advantages (compared to IT sensors) when applied to body assessment and comfort. Textile-based sensors have different detecting factors such as pressure, voltage, current and capacitance to investigate the characteristics. In this study, textile-based sensor fabrics with sheath-core type conductive yarns were produced and the relationship between capacitance changes and applied load was investigated. The physical and electric properties of textile-based sensor fabrics were also investigated under various laminating conditions. A textile based pressure sensor that uses a sheath-core conductive yarn to ensure the stability of the pressure sensor in the textile-based sensor (the physical structure of the reaction characteristic of the capacitance) is important for the stability of the initial value of the initial capacitance value outside the characteristic of the textile structural environment. In addition, a textile based sensor is displaced relative to the initial value of the capacitance change according to pressure changes in the capacitance value of the sensor due to the fineness of the high risk of noise generation. Changing the physical structure of the fabric through the sensor characteristic of the pressure sensor via the noise generating element of laminating (temperature, humidity, and static electricity) to cut off the voltage output element to improve the data reliability could be secured.
This study aims to develop an all-fabric integrated smart jacket in order to create a temperature-regulating system based on a user experience design. For this research, previous research technologies of a textile switch interface and a temperature-regulating system were utilized and a unifying technology for the all-fabric integrated smart jacket was developed which can provide the appropriate temperature environments to the human body. A self-heating textile was applied at the areas of the back and hood in the final tested jacket, and an embroidery circuit was developed in the form of a rectangle in the back and in both ears of the hood, taking into account the pattern of the jacket part where it was be applied and the embroidery production method. The textile switch interface was designed in a three-layer structure: an embroidery circuit line in a conductive yarn, an interval material, and a conductive sensing material, and it was made to work with the input and output sensors through the multiple input method. After the all-fabric integrated smart jacket was produced according to the pattern, all of the textile band lines for transmission were gathered and connected with a miniature module for controlling temperature and then integrated into the inside of the left chest pocket of the jacket. After the users put on this jacket, they were asked to assess the wearing satisfaction. Most of them reported a very low level of irritation and discomfort and said that the jacket was as comfortable as everyday clothing.
In this study, nanofiber-based textile sensors were developed for motion detection and monitoring. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) nanofibers containing zinc oxide (ZnO) nanoparticles and silver nanowires (AgNW) were fabricated using electrospinning. PVDF was chosen as a piezoelectric polymer, zinc oxide as a piezoelectric ceramic, and AgNW as a metal to improve electric conductivity. The PVDF/ZnO/AgNW nanocomposite fibers were used to develop a textile sensor, which was then incorporated into an elbow band to develop a wearable smart band. Changes in the output voltage and peak-to-peak voltage (Vp-p) generated by the joint's flexion and extension were investigated using a dummy elbow. The β-phase crystallinity of pure PVDF nanofibers was 58% when analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy; however, the β-phase crystallinity increased to 70% in PVDF nanofibers containing ZnO and to 78% in PVDF nanocomposite fibers containing both ZnO and AgNW. The textile sensor's output voltage values varied with joint-bending angle; upon increasing the joint angle from 45° to 90° to 150°, the Vp-p value increased from 0.321 Vp-p to 0.542 Vp-p to 0.660 Vp-p respectively. This suggests that the textile sensor can be used to detect and monitor body movements.
Smart sensors and connected devices have changed the concept of garments along with IT technology convergent garments that transform the performance of basic functions. Various types of products have been researched and developed due to the increased interest in smart clothing; in addition, studies based on physical and mechanical properties have also been actively studied to improve accuracy and reliability. This study represents a basic study for the development of smart textiles based on motion recognition for the surfing practice of beginners interested in IT convergence type. A physical durability evaluation of conductive yarn according to sewing method was later carried out. This study is a conditional specimen sewn with cotton lower thread and 100mm pattern length based on the results of previous studies. The durability of the conductive yarn according to the sewing method was evaluated according to the sewing method. Durability was evaluated by two kinds of repeated strain and abrasion tests. The specimen with applied cotton in a lower thread zigzag pattern 2mm stitch size 100mm stitch length was shown to have the most suitable durability for smart textile.
In order to develop "textile electrode - sensing clothing" which is a sort of smart clothing to measure electric activities of heart, we propose possible ways to develop textile electrode and design of sensing clothing, ultimately aiming to develop "ECG sensing clothing for lifestyle monitoring". Conventional sensors for measuring typical electric activities of heart keep certain distance between measuring electrodes to measure signals for electric activities of heart, but these sensors often cause inappropriate factors (e.g. motional artifacts, inconvenience of use, etc) for monitoring natural cardiac activities in our daily life. In addition, most of textile electrodes have made it difficult to collect data due to high impedance and unstable contact between skin and electrodes. To overcome these questions, we minimized distance between electrodes and skin to maximize convenience of use. And in order to complement contact between skin electrodes, we modified textile electrode's form and developed ways to design clothing. As a result, we could find out clinical significance by investigating possible associations of clinical electrocardiogram (ECG) with variation of distance between electrodes, and could also demonstrate clinically significant associations between textile electrode developed herein and clothing.
1990년대 후반 이후 스마트 의류는 인간과 컴퓨터의 상호작용, 사용자 중심의 디자인 등 다각적으로 연구, 개발되고 있다. 최근에는 보다 기능화, 감성화된 스마트 의류가 개발되기 시작하였으며, 이는 다양한 어플리케이션으로 연구, 개발되어 제시되고 있다. 그 중 센서를 기반으로 한 건강관리용 스마트 의류는 스마트 의류의 여러유형 중 가장 예상 수요가 높은 유형으로 예측되며, 이러한 전망으로 인해 연구, 개발이 가속화되고 있는 분야이다. 이에 따라 본 연구에서는 스마트 의류에 적합한 생체 신호 센서를 도출하고, 그를 기반으로 기본적인 생체신호, 심장질환, 호흡기 질환을 측정할 수 있는 스마트 의류 디자인을 개발하였다. 즉, 본 연구에서 개발된 스마트의류는 기존의 의류의 외관 형태는 그대로 유지하면서, 직물 신호선을 제작, 와이어의 이물감을 없애 착용성을 높였으며, 착장 시 생체신호가 컴퓨터로 무선 전송되어 이를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 고안되었다. 이 스마트 의류는 생체 신호 센서를 이용하여 심장질환, 호흡기 질환과 다양한 질병 예방을 보조할 수 있는 건강관리용 의류로서 센서기반 스마트 의류의 한 모형을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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