مستشعرات الكهروستاتيكية ستلعب دورًا في الأجهزة القابلة للارتداء من الجيل التالي

مجموعة من المهندسين المبدعين من جامعة ولاية نورث كارولينا كشفوا مؤخرًا عن مستشعر قائم على التطريز الكهروستاتيكي مستشعر يمكنه إحداث ثورة في طريقة تفاعلك مع العالم. هذا الابتكار هو أكثر من مجرد جهاز تحكم مخيط في سترة مفضلة لديك. تمكن الباحثون من إنشاء نظام تحكم سلس يدمج في القماش بطريقة لا يلاحظها المستخدم.

تخيل أنك تقترب من سيارتك الجديدة وتستخدم قميصك لفتح السيارة وتشغيلها باستخدام إيماءات اليد. قد يبدو هذا التقنية مستقبلية اليوم، ولكن بفضل التطورات التي حققها هؤلاء المهندسون، أصبح ذلك ممكنًا بالفعل. إليك لماذا قد يكون لهذا التطور تأثير كبير على حياتك.

الإلكترونيات القابلة للارتداء

لفهم أهمية عمل الباحثين، من الضروري النظر إلى سوق الأجهزة القابلة للارتداء وتطوره. منذ ظهور أولى الإلكترونيات والهواتف، حلم المبدعون بملابس مدمجة بتقنية مستقبلية. فكر في أعضاء ستار تريك في السبعينات الذين يضغطون على جهاز الاتصال على صدورهم ويتحدثون مع جسر السفينة. حتى اليوم، يزدهر السوق، مع تصاميم بسيطة مثل شواحن الهواتف المدمجة ومكبرات الصوت البلوتوث التي أصبحت أكثر شيوعًا.

المصدر – ZEROi Smarthat

إمكانات النمو المتسارع

اليوم يُنظر إلى السوق على أنه قطاع سريع النمو داخل صناعة التقنية. أظهر تقرير نشره باحثون من Markets and Markets أن حجم السوق العالمي لتقنية الأجهزة القابلة للارتداء من المتوقع أن يصل إلى 265.4 مليار دولار بحلول عام 2026. أظهرت البيانات أن السوق يتوسع بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 18.0٪ وقد نما بسرعة تصل إلى 45٪ خلال الفترة 2021 – 2022.

تطور الملابس

هناك العديد من الفروع داخل سوق الأجهزة القابلة للارتداء. الفرع الذي ركز عليه هؤلاء الباحثون هو صناعة الأقمشة الذكية. سعى الفريق إلى دمج الأقمشة مع الإلكترونيات بطريقة تجعل التكامل غير ملحوظ للمستخدم من حيث المظهر والملمس. ومع ذلك، يمكن للمستخدم الاستمتاع بوظائف إضافية.

واجهات الإنسان-الآلة القائمة على الأقمشة تحول أجزاء من ملابسك إلى أدوات تحكم. تخيل أن تمسح سترةك للرد على هاتفك أو تلمس قبعتك لتشغيل إضاءة. كل هذه الخيارات وأكثر ممكنة باستخدام مستشعرات القماش. إليك كيف نجح الباحثون في جعل الملابس قابلة للنقر.

التحديات التي واجهها المهندسون

كان على الفريق تجاوز العديد من التحديات لجعل القماش قابلًا للنقر. أولًا، طرق التطريز التقليدية عادةً ما تعتمد على تصاميم ثنائية الأبعاد، وبالتالي لم تكن ملائمة لدعم مستشعر يتطلب فجوات بين الاتصالات.

مستشعر كهروستاتيكي

لتجاوز هذه القيود، أنشأ الفريق خيطًا جديدًا. وجد الفريق أن الخيط الموصل المغلف بألياف نانو-ميكرو من بولي فينيليدين فلويد-تريفلووريثيلين (PVDF‑TrFE) والخيط المصنوع من بولي يوريثان (PU) المطلي بألياف بوليستر‑نحاس يحتفظ بقدر كافٍ من العزل بين اتصالات المستشعر دون تغيير ملمس ومرونة القماش.

المستشعرات غير الدقيقة

المستشعرات غير الدقيقة تشكل مشكلة رئيسية للأجهزة القابلة للارتداء. الأنشطة اليومية ومتطلبات المتانة لهذه الأجهزة تجعلها عرضة للفشل والإنذارات الكاذبة. الإيماءات الخاطئة وسوء التواصل شائع عندما يكون دمج المستشعر دائمًا في المتناول. كما يمكن للعوامل البيئية أن تتسبب في تقديم قراءات خاطئة أو اتصالات زائفة.

لمنع تنشيط المستشعرات عن طريق الخطأ، قرر فريق البحث إدخال فاصل بين طبقات الشحن المعاكسة للزر. ساعد هذا النهج في جعل الحساسية قابلة للتحكم. كما سمح للباحثين بإجراء اختبارات على مسافات فجوة مختلفة لتحديد الترتيب الأمثل.

مرحلة تصميم الكهروستاتيكي

الجهاز مكوّن من مستشعرات تعتمد على مولد نانو كهروستاتيكي تتألف من طبقتين مشحونتين عكسياً. هذا الهيكل، إلى جانب الخيط الذي تم تطويره، يوفر مستشعرًا موثوقًا وناعمًا للمس يحتفظ براحة القماش العادي.

دمج الذكاء الاصطناعي

يحتوي المستشعر على شريحة دقيقة هدفها الوحيد هو فك شفرة البيانات الواردة من المستشعر. تتضمن هذه الشريحة بروتوكول ذكاء اصطناعي مدمج يستفيد من خوارزميات تعلم آلي متقدمة. تم إنشاء نموذج الذكاء الاصطناعي هذا خصيصًا لمنع التنشيطات الخاطئة وقراءة الإيماءات بشكل غير صحيح. يتيح ذلك للجهاز تسجيل إجراءات مثل السحب.

يحسن نموذج الذكاء الاصطناعي أداء الجهاز ووظائفه بشكل كبير. كما يتيح للمطورين برمجة مجموعة من التعليمات عبر مجموعة متنوعة من الإيماءات. وبالتالي، يصبح الجهاز أكثر قدرة على التعرف على الإيماءات والأوامر وتجاهل التنشيطات الخاطئة مع الاستخدام المتزايد.

فوائد المستشعر القماشي الجديد

يقدم المستشعر مجموعة من الفوائد التي تجعله خيارًا مثاليًا للاستخدام في الأجهزة القابلة للارتداء وسيناريوهات الاستخدام الأخرى. القدرة على تحويل الملابس إلى وحدة تحكم تفتح خيارات لا حصر لها من حيث الموضة، والتفاعل مع الأجهزة اليومية، وأكثر من ذلك. كما يفتح الباب لمزيد من التكامل في بيئات المدن الذكية.

تخيل ملابسك تتواصل مع العالم من حولك. يمكن لهذه التقنية أن تجعل من الممكن يومًا ما تغيير القنوات بضغط على الأريكة أو تشغيل أغنيتك المفضلة بلمس حافة قبعتك. كما يمكن أن تمكّن الأطباء من الاستجابة بشكل أسرع أو الجنود من البقاء على اتصال مع الآخرين. تستمر فوائد هذه التقنية في البروز.

تصغير الحجم

هذه المستشعرات صغيرة ويمكن أن تساعد في تقدم قطاعات متعددة مثل الروبوتات، والفضاء، واستكشاف البحار. الطبيعة الخفيفة والمرنة لهذه الأجهزة تجعلها مثالية للاستخدام في الروبوتات غير المتقاربة أيضًا. الروبوتات غير المتقاربة هي الروبوتات التي لا تملك هيكلًا صلبًا. تكون مفيدة عندما تحتاج إلى روبوت يمكنه التكيف للمرور عبر الشقوق والفجوات.

قوة الكهروستاتيكي

أحد أبرز فوائد مستشعر الكهروستاتيكي هو أنه يشحن نفسه ذاتيًا. تُعرف مستشعرات الكهروستاتيكي بتصاميمها البسيطة وحساسيتها، مما يجعلها مثالية لهذا الاستخدام. تستخدم هذه المستشعرات الشحنة الساكنة أثناء الحركة بين الطبقات لتبقى مُزودة بالطاقة. وبالتالي، لا تحتاج إلى إعادة شحن.

استخدام متعدد الأغراض

لا يمكن تجاهل تعددية الاستخدام لهذا التصميم الجديد للمستشعر. الثبات المضاف والقدرة على التعرف على أنواع مختلفة من المدخلات تجعل المشروع نجاحًا كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك، خيارات التخصيص تضع إبداع الباحثين في فئة خاصة به.

مهندسو جامعة ولاية نورث كارولينا

يتألف فريق المشروع من يو تشين، يالي لينغ، ييدو يانغ، زيهواو وانغ، يانغ ليو، وي غاو، باو يانغ، شياومينغ تاو، ورونغ يين. تم استضافة البحث والتطوير والاختبار في جامعة ولاية نورث كارولينا. الآن، يسعى الفريق إلى توسيع أبحاثه في مستشعرات الأقمشة القائمة على الكهروستاتيكي وتعزيز تبني الأجهزة القابلة للارتداء.

مرحلة الاختبار

أظهر اختبار المشروع مرونة وإمكانات التطوير. لاختبار المشروع، أنشأ الباحثون مشغل موسيقى مخصص يقبل مدخلات BT. تم تصميم المشغل خصيصًا لقبول وظائف أساسية ثابتة مرتبطة بإيماءات معينة في المستشعر.

تمكن المهندسون من تشغيل، إيقاف مؤقت، تخطي المقاطع، وضبط مستوى الصوت باستخدام المستشعر. أثبتت النتائج أن الفكرة قابلة للتنفيذ. بالإضافة إلى ذلك، حققوا نتائج أفضل مما كان متوقعًا. تمكن المهندسون من استخدام الجهاز للعب الألعاب وحتى إدخال كلمات المرور عند الحاجة. الآن، ارتفع الاهتمام بهذه الأبحاث بسبب تطبيقاتها المحتملة.

التطبيقات المحتملة

هناك العديد من التطبيقات لهذه التقنية. يمكن لمستشعرات الأقمشة خفض الوزن، تحسين الاستجابة، وتوفير تغذية راجعة قيمة عند الحاجة. وبالتالي، فإن مفهوم وجود وحدات تحكم قابلة للارتداء لديه القدرة على إحداث ثورة في العديد من الصناعات.

الرعاية الصحية

تعد الرعاية الصحية أحد القطاعات التي يمكن أن تستفيد من هذه التقنية لتقديم خدمة أفضل. يجب على العديد من المرضى ارتداء معدات مراقبة ويحتاجون إلى آلية تنبيه بجانبهم. يمكن أن تمكّن إدخال مستشعرات الأقمشة هؤلاء الأفراد من التنقل في يومهم بحرية أكبر.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأنظمة هذه أن تُستخدم من قبل المتخصصين الطبيين. يمكن لبعض الأنظمة طلب عناصر معينة أو إصدار تنبيهات عند الحاجة. يمكن للمرضى ارتداء أردية توفر إحصاءات حيوية عن صحتهم أو حركتهم. وعند دمجها مع مستشعرات RF وإنترنت الأشياء وغيرها من الخيارات، تفتح هذه التقنية بابًا لمستوى جديد من قدرات مراقبة المرضى.

الرياضة

صناعة الرياضة هي سوق آخر يمكن أن تستفيد من هذه التقنية لتحسين عروضها. هناك بالفعل دمج مستمر للمستشعرات في الدوريات الرياضية الكبيرة لتحسين قرارات الحكام وجوانب أخرى حيوية في طريقة اللعب. الآن، يمكن لهذه المستشعرات الخفيفة الوزن تمكين قدرات مراقبة محسنة للرياضيين.

الموضة

لطالما كانت صناعة الموضة في طليعة التكنولوجيا القابلة للارتداء. فشلت العديد من المحاولات لإنشاء أجهزة قابلة للارتداء مفيدة ببساطة لأنها لم تكن عصرية أو مريحة. يغيّر إدخال مستشعرات الأقمشة المدعومة بالكهروستاتيكي اللعبة ويتيح للمصممين دمج التقنية بسلاسة في إبداعاتهم.

العسكرية

تستمر التطبيقات العسكرية لهذه التقنية في الظهور. هناك مناقشات حول استخدام التقنية لإضافة تحكمات الطائرات بدون طيار إلى زيّ الجنود إلى جانب مجموعة واسعة من المستشعرات الأخرى. سيزن الجندي المستقبلي أقل لكنه سيكون قادرًا على إنجاز مهام أكثر بكثير من سلفه.

يمكن للجيش استخدام هذه التقنية لأنظمة التحقق مثل كلمات المرور والتحقق من الهوية أيضًا. قد ترى جنودًا يقتربون من بوابة ويظهر المستشعر هويتهم ويتحققون منها بلمس مستشعر على زيهم. يمكنهم أيضًا إضافة معلومات إضافية أو التنقل في قائمة معقدة دون أي شيء سوى ملابسهم.

الشركات التي قد تستفيد من هذه التقنية

سوق الأجهزة القابلة للارتداء يستمر في التسخين. ربما تكون على دراية بالمنافسين الرئيسيين مثل Apple (AAPL ) وMicrosoft (MSFT ) وFitbit. هذه الشركات قدمت طويلاً تقنيات قابلة للارتداء على شكل ساعات أو عناصر أخرى مزودة بمستشعرات لمراقبة جوانب من صحتك. إليك بعض الشركات الأخرى التي تقوم بخطوات في سوق الأجهزة القابلة للارتداء.

Augmedix

Augmedix هي مزود رعاية مدعوم بالذكاء الاصطناعي. تدمج الشركة التقنية القابلة للارتداء لمساعدة سائقي سيارات الإسعاف على التواصل مع ردود الفعل الصحية الأخرى عند الحاجة. الجهاز يربط جميع المتخصصين بالعيادة عند الحاجة.

تأسست Augmedix في عام 2022 للمساعدة في تخفيف عدم الكفاءة في قطاع الرعاية الصحية وتعزيز عمليات الرعاية الأفضل. يقدم الشبكة حاليًا طيفًا من الأجهزة المفيدة بما في ذلك رقمنة المحادثات الطبيعية بين الطبيب والمريض. يتيح هذا النهج إضافة هذه المحادثات في الوقت الفعلي كبيانات طبية مفيدة.

UA HealthBox

UA HealthBox هو تطبيق مراقبة لياقة بدنية صُمم لمساعدة المستخدمين على قياس تقدمهم وصحتهم. البرنامج مدعوم من قبل شركة الهواتف الذكية HTC التي كانت رائدة في وقتها. استثمرت الشركة سنوات عديدة من تطوير المعالجة وركزت على إنشاء أجهزة قابلة للارتداء قوية مع نجاح ملحوظ.

مستقبل الأجهزة القابلة للارتداء مشرق

التقدم في تقنية الأجهزة القابلة للارتداء يتسارع. بالفعل، الأجهزة القابلة للارتداء التي تعمل بالطاقة الشمسية والأجهزة ذاتية الطاقة تستعد لدخول السوق على نطاق واسع. ستدمج هذه الخيارات المستدامة حلول الذكاء الاصطناعي لتوفير مستوى جديد من التفاعل مع بيئتك الرقمية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه التقنية أن تتحد مع الواقع المعزز والواقع الافتراضي لإنشاء دمج سلس بين العوالم الرقمية والواقعية.

الذكاء الاصطناعي اللامركزي هو مستقبل الأجهزة القابلة للارتداء

أنظمة الذكاء الاصطناعي، مثل تطبيقات الويب 2 الأخرى، بدأت بالانتقال إلى صيغ الويب 3. يمكن لهذه الأنظمة اللامركزية للذكاء الاصطناعي جمع المزيد من البيانات من عقد الشبكة في الوقت الفعلي. وبالتالي، هي أكثر ملاءمة للمساعدة في إنشاء نماذج كبيرة للأجهزة القابلة للارتداء في المستقبل.

إنه شيء عندما يساعدك جهازك القابل للارتداء المدعوم بالذكاء الاصطناعي على مراقبة صحتك. إنه شيء آخر عندما يستخدم بيانات جميع المستخدمين الآخرين للتعرف على أنماط صحية في المناطق وإحصاءات حاسمة أخرى قد تساعد في تحديد المخاطر مبكرًا. والأفضل من كل ذلك، أن هذه الأجهزة تُصنع بشكل متزايد لتكون ذاتية الطاقة، مما يجعلها بديلًا مستدامًا.

مستشعر الكهروستاتيكي يمثل علامة فارقة في تكنولوجيا الأجهزة القابلة للارتداء

حتى وقت قريب، كانت معظم الأجهزة القابلة للارتداء عبارة عن ساعات أو خواتم أو عناصر أخرى يمكنها دعم لوحة معالجة صلبة وكبيرة أو وحدة تحكم. بفضل إبداع ومهارة مهندسي جامعة ولاية نورث كارولينا، قد تصبح ملابسك أكثر فائدة في المستقبل. على الأقل، ستعزز الأجهزة القابلة للارتداء من الجيل التالي تفاعلاتك وتفتح الباب لثورة في مجال الموضة/التقنية.

تعرف على تقنيات أخرى رائعة الآن