Inteligentne ubrania i tekstylia? Innowacje z Politechniki Rzeszowskiej

Badania rzeszowskich naukowców będą mogły być wykorzystywane wszędzie tam, gdzie na dużą skalę prane i prasowane są rzeczy z tekstyliów, np. w hotelach czy szpitalach, gdzie szczególnie ważne jest, jak szybko i jak dokładnie zostanie przeprowadzona selekcja rzeczy i jak dokładnie zostaną one posegregowane. Ale docelowo każdy z nas będzie z pewnością mógł z tej innowacji skorzystać.

Wynalazek opracowali dr hab. inż. Piotr Jankowski-Mihułowicz oraz dr hab. inż. Mariusz Węglarski, profesorowie Politechniki Rzeszowskiej z Zakładu Systemów Elektronicznych i Telekomunikacyjnych na Wydziale Elektrotechniki i Informatyki. Czego dotyczy wynalazek?

Pomysł polega na:

Pomysł polega na tym, żeby wykorzystać w produkcji i użytkowaniu, a także ostatecznie – utylizacji rzeczy tekstylnych – elektroniczny identyfikator RFIDtex. Taki identyfikator musi mieć moduł antenowy oraz mikroelektroniczny. Będzie on służył do elektronicznego odnalezienia konkretnej rzeczy, np. przez urządzenie typu pralka, suszarka czy żelazko. A także przez nasze smartfony.

Komponenty takiego identyfikatora powinny znaleźć się w naszym ubraniu – antena np. w materiale, a układ mikroelektroniczny w guziku, szwie, naszywce. Będzie to rodzaj układu nadawczo-odbiorczego, dzięki któremu będzie można monitorować i automatyzować użycie jakiegoś ubrania. Ważne jest to, że sprawa dotyczy ubrań w ich całym cyklu życia – od produkcji po utylizację. Właściwe użytkowanie, np. w trakcie noszenia ubrań, jest tylko jednym z etapów.

Wynalazek ma więc znaczenie i dla przemysłu produkującego ubrania, i dla konsumentów, i dla ochrony środowiska, kiedy ubrania dożywają swoich dni. Na podkreślenie zasługuje także fakt, że wynalazek naukowców z Politechniki Rzeszowskiej stanowi odpowiedź na opracowywany w ramach Unii Europejskiej Cyfrowy Paszport Produktowy, jakim będzie elektroniczna informacja. Na jej podstawie możliwe będzie m.in. sprawdzenie, skąd pochodzi produkt branży tekstylnej, w jaki sposób został wytworzony i jak należy go zutylizować, żeby nie stanowił odpadu w środowisku. Działania te są realizowane w ramach Zielonego Ładu UE.

Można sobie wyobrazić spore oszczędności kosztowe w trakcie procesów produkcji, magazynowania i dystrybucji ubrań.

RFID – Jak to działa?

Technika RFID polega na radiowej (bezprzewodowej) identyfikacji elektronicznie oznakowanych obiektów. Jak wyjaśnia profesor Jankowski-Mihułowicz, za pomocą fal radiowych w sposób prawie niewidoczny można rozpoznawać obiekty. Sama identyfikacja produktów w handlu jest niemal powszechnie wykorzystywana, np. w postaci kodów kreskowych. Kasjer nie sprawdza ceny i właściwości kupowanych produktów, tylko skanuje kod. Ewentualnie robią to coraz częściej sami klienci w kasach samoobsługowych.

„Zaletą techniki RFID jest to, że elektronicznie oznaczone wyroby (obiekty) w ogóle nie muszą być wyciągane np. ze sklepowego koszyka podczas zakupów, z pudełka dostarczonego przez kuriera czy nawet z opakowania zbiorczego umieszczonego w kontenerze lub na palecie podczas jej transportu. W porównaniu do kodów kreskowych rozpoznawanie takich wyrobów jest po pierwsze realizowane w sposób niewidoczny dla czytnika RFID. Po drugie tak oznaczone wyroby można rozpoznawać jednocześnie bez ich separacji. Po trzecie do wewnętrznej pamięci takich elektronicznych identyfikatorów RFID można zapisywać wiele dodatkowych informacji, jakie mogą być wykorzystywane na wielu etapach cyklu życia tych wyrobów. Daje to nieograniczone możliwości w budowaniu usług na etapie procesów produkcji tych wyrobów, podczas ich sprzedaży czy w trakcie użytkowania przez użytkownika końcowego” – mówi prof. Jankowski-Mihułowicz.

Rozwiązanie znacznie ułatwi logistykę produkcji

„Produkty oznaczone elektronicznym identyfikatorem RFID ułatwią znacznie logistykę. Nie musielibyśmy pojedynczo skanować kodów kreskowych, tylko zbliżyć cały nasz koszyk zakupowy do bramek antenowych. System przeczyta wszystko naraz. Klienci zaoszczędzą czas, a sklep nie będzie zatłoczony. Jest to ważne zwłaszcza w czasie natężonego ruchu, przed świętami, dniami wolnymi itp.” – dodaje badacz Politechniki Rzeszowskiej.

Dzięki elektronice wszytej w tkaninę bezpośrednio przez producenta będzie można bez udziału człowieka posegregować szpitalną bieliznę w automatycznej pralni. Identyfikatory w poszewkach, ręcznikach czy obrusach usprawnią procesy logistyczne w hotelarstwie i gastronomii. Chipy z czujnikami umieszczone w szwach czy guzikach pozwolą projektować odzież BHP, która sama poinformuje o swojej wytrzymałości na przykład na wysoką temperaturę.

To zalety opatentowanego przez rzeszowskich naukowców wynalazku: „tekstronicznego identyfikatora RFID”.

RFID obecnie działa z powodzeniem w wielu zakresach. Np. w świecie finansów osobistych. Dzięki systemom RFID możemy płacić zbliżeniowo kartami i smartfonami. Z naszego miejsca pracy możemy znać RFID w postaci kart, dzięki którym wchodzimy do budynków i przechodzimy przez różne ich części. W sklepach natomiast to naklejki lub klipsy na opakowaniach.

Identyfikacja taka odbywa się też np. na lotniskach, kiedy identyfikator dołączany jest do naszej walizki, żeby bezpiecznie trafiła ona do tego samolotu, którym lecimy.

Co proponują naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej?

Wynalazek opracowany na Politechnice Rzeszowskiej to specjalny sposób znakowania wyrobów tekstylnych. Znakowanie ma się odbywać już w trakcie produkcji. Tekstroniczne identyfikatory bezprzewodowo mogą komunikować się z odpowiednimi urządzeniami. Te z kolei automatycznie je rozpoznają i rozpoczynają procesy logistyczne. Identyfikator zintegrowany z materiałem, np. ubrania czy pościeli, zawiera swoje własne parametry, informacje o swoich właściwościach.

„Producent branży tekstylnej będzie mógł wyprodukować tekstroniczny identyfikator RFID dobrze znanymi metodami szwalniczymi, zupełnie bez znajomości zaawansowanej technologii mikroelektronicznej. Antena takiego identyfikatora zostanie uszyta/wyhaftowana za pomocą specjalnej nici przewodzącej prąd, która pod względem właściwości materiałowych przypomina zwykłą nić nylonową, jaka na co dzień jest stosowana w maszynach produkcyjnych. Następnie do anteny zostanie doszyty/wprasowany układ z chipem, ukryty np. w metce, guziku, spince czy elemencie ozdobnym wyrobu tekstylnego” – mówi prof. Jankowski-Mihułowicz.

„Ze względu na to, że w naszym wynalazku RFIDtex stosujemy dopiero opracowywane na świecie nici przewodzące, aktualnie prowadzimy zaawansowane prace badawczo-rozwojowe nad ich skutecznym wykorzystaniem. Mają nas one doprowadzić do tego, że uszyty/wyhaftowany identyfikator będzie prawidłowo działał po wielokrotnych praniach czy prasowaniach, po wielu latach normalnego użytkowania tekstyliów, dając tym samym możliwość wykorzystywania zawartej w nim elektronicznej informacji do końca cyklu życia naszych ubrań” – dodaje naukowiec.

Technologia zastosowana w szpitalach może znacznie ułatwić np. selekcję odzieży i pościeli skażonej na oddziałach zakaźnych itp.

Skorzystają nie tylko hotele i szpitale

Innym rodzajem zastosowania mogą być jednostki wojskowe, policyjne, strażackie i zakłady pracy, w których pracownicy używają odzieży ochronnej. Mundury i odzież ochronna to oddzielny problem logistyczny. Może być łatwo rozwiązany z udziałem technologii RFID.

„Nasze tekstroniczne identyfikatory RFID dodatkowo mogą mieć wbudowane wewnętrzne czujniki różnych wielkości fizycznych, zapewniając kontrolę stanu pracy odzieży. Przykładowo strażak czy hutnik otrzyma informację, że jest w zbyt wysokiej temperaturze i jego odzież może nie wytrzymać tak ekstremalnych warunków środowiskowych, a górnik może zawczasu zostać ostrzeżony o wydobywającym się gazie” – zapewnia prof. Jankowski-Mihułowicz.

Według naukowca wyroby tekstroniczne z interfejsem RFID w połączeniu z pralkami nowej generacji będą umiały „porozumiewać się” między sobą. Pralka sama zaprogramuje temperaturę prania i suszenia. Nie będzie ryzyka pomieszanych przypadkowo kolorowych rzeczy. Pralka dostosuje temperaturę do koloru wymagającego najniższej temperatury. Podobnie będzie z żelazkami. Zniknie problem przypalonej koszuli, bo żelazko rozpozna odpowiednią temperaturę.

Technologia wpłynie i na branżę odzieżową, i na producentów sprzętu AGD

Oczywiście, jeśli ubrania będą zawierały tekstroniczne identyfikatory RFID i mogły komunikować się z urządzeniami elektronicznymi, będzie to dość niezawodny sposób na wykluczenie ryzyka kradzieży w tego typu sklepach. Tym bardziej że potencjalny złodziej nie będzie nigdy wiedział, gdzie wszyty i jak zamocowany jest taki znacznik.

Od wielu lat w handlu wykorzystywane są zabezpieczenia przed kradzieżą w postaci klipsów, które jednak mogą mieć negatywny wpływ na odzież. Możliwość zastosowania tekstronicznego identyfikatora RFID zmieni zupełnie zasady. Będzie to też ułatwienie dla obsługi sklepów, bo w każdej wyprodukowanej rzeczy identyfikator już będzie obecny. Z punktu widzenia klienta, technologia pozwoli np. na wizualizację wyglądu w wybranym ubraniu. Zdaniem naukowców z Politechniki Rzeszowskiej, internet wyrobów tekstylnych (IoTT – ang. Internet of Textile Things) to jest kolejny etap rozwoju internetu rzeczy.

Czy wdrożenie pomysłu na skalę przemysłową nie podniesie kosztów produkcji odzieży? Zdaniem prof. Jankowskiego-Mihułowicza koszty nie powinny znacząco wzrosnąć, gdyż przyniosą ze sobą wiele korzyści biznesowo-użytkowych.

Patent związany z wynalazkiem RFIDtex został uzyskany w 2018 r. (PAT.231291). W ramach programu MNiSW „Regionalna Inicjatywa Doskonałości” Politechnika Rzeszowska dostała grant na Regionalne Centrum Doskonałości Automatyki i Robotyki, Informatyki, Elektrotechniki, Elektroniki oraz Telekomunikacji.

Jednym z zadań badawczych tego centrum było przygotowanie w latach 2019-2023 tekstronicznego identyfikatora RFID do komercyjnego wykorzystania. Już w trakcie realizacji zadania centrum doskonałości nastąpiła bezpośrednia komercjalizacja przedmiotowego patentu, podczas której dokonano sprzedaży licencji niewyłącznej dla Esotiq & Henderson SA, jakiej udzielono przedsiębiorcy na okres do 19 marca 2037 roku.

Badania we współpracy z przemysłem i biznesem

Dla tego przedsięwzięcia w ciągu kilkunastu miesięcy zespół prof. Jankowskiego-Mihułowicza przeprowadził obszerne badania dotyczące opracowania struktur tekstronicznych RFIDtex, przeznaczonych do integracji metodami powszechnymi szwalniczymi z wyrobami branży bieliźniarskiej na etapie ich produkcji. Prace te były współfinansowane ze środków UE w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój.

Tak opracowane w Politechnice Rzeszowskiej rozwiązanie technologiczne RFIDtex od końca 2023 roku stanowi – według informacji naukowców z Rzeszowa – „kluczowy element nowej organizacji procesów logistycznych i sprzedażowych”, które już znalazły odzwierciedlenie w wybudowanym innowacyjnym sklepie samoobsługowym ESOTIQ Lingerie Boutique uruchomionym przy współpracy z Talkin’Things SA w warszawskiej galerii Blue City

Badacze z Politechniki Rzeszowskiej zwracają uwagę, że wybrane wyniki tych prac przedstawiono w publikacjach ze współautorstwem przedsiębiorców. Stanowią one także kolejną inspirację dla: nowych rozwiązań RFIDtex, dedykowanych dla nich innowacyjnych konstrukcji urządzeń AGD, dla których rozpoczęto rozmowy dotyczące kolejnej komercjalizacji, a także następnych zgłoszeń patentowych w dziedzinie tekstroniki.

Dr hab. inż. Piotr Jankowski-Mihułowicz jest profesorem Politechniki Rzeszowskiej im Ignacego Łukasiewicza, Wydział Elektrotechniki i Informatyki; Katedra Systemów Elektronicznych i Telekomunikacyjnych. Jego zainteresowania naukowe opisane są na stronie Politechniki Rzeszowskiej. Tam też można przeczytać o najnowszych projektach badawczych i wdrożeniach w przemyśle.