Triboelectric-sensorer vil spille en rolle i næste generations wearables

En gruppe innovative ingeniører fra NC State University har for nylig præsenteret en triboelectric broderi-baseret sensor, der kan revolutionere, hvordan du interagerer med verden. Denne opfindelse er meget mere end en fjernbetjening syet ind i din yndlingssweater. Forskerne formåede at skabe et sømløst kontrolsystem vævet ind i stoffet på en måde, der gør det usynligt for bæreren.

Forestil dig, at du går hen til din nye bil og bruger din t‑shirt til at låse køretøjet op og starte det baseret på håndbevægelser. Denne teknologi kan lyde futuristisk i dag, men takket være de fremskridt, som disse ingeniører har gjort, er det allerede muligt. Her er grunden til, at denne udvikling kan have en stor indvirkning på dit liv.

Bærbar elektronik

For at forstå betydningen af forskernes arbejde, er det vigtigt at se på markedet for bærbare enheder og dets udvikling. Lige siden de første elektronik og telefoner har kreative drømt om tøj, der er gennemsyret af futuristisk teknologi. Tænk på 70’ernes Star Trek‑medlemmer, der slår deres kommunikatorknap på brystet og taler med skibets bro. Selv i dag trives markedet, med enkle designs som integrerede telefonopladere og Bluetooth‑højttalere, der bliver mere almindelige.

Kilde – ZEROi Smarthat

Eksponentielt vækstpotentiale

I dag betragtes markedet som en hurtigt voksende sektor inden for teknologibranchen. En rapport offentliggjort af forskere fra Markets and Markets afslørede, at den globale marked for bærbar teknologi forventes at nå 265,4 mia. USD i 2026. Dataene viste, at markedet voksede med en CAGR (samlet årlig vækstrate) på 18,0 % og havde vokset så hurtigt som 45 % i perioden 2021‑2022.

Tøj udviklet

Der er mange underafsnit inden for markedet for bærbare enheder. Det, som disse forskere besluttede at fokusere på, var industrien for smarte tekstiler. De ønskede at kombinere tekstiler med elektronik på en måde, så integrationen var usynlig for bæreren både visuelt og i fornemmelsen. Dog kunne bæreren nyde den ekstra funktionalitet.

Tekstilbaserede menneske‑maskine‑grænseflader omdanner dele af dit tøj til kontroller. Forestil dig at swipe i din sweater for at besvare din telefon eller røre ved din hat for at tænde et lys. Alle disse muligheder og meget mere er mulige ved brug af stofsensorer. Sådan lykkedes det forskerne at gøre tøj klikbart.

Udfordringer ingeniører stod over for

Teamet måtte overvinde mange udfordringer for at gøre stoffet klikbart. For det første er de normale metoder til at brodere stoffer typisk baseret på 2D‑designs. Derfor var de ikke velegnede til at understøtte en sensor, der krævede mellemrum mellem kontakter.

Triboelectric‑sensor

For at overvinde denne begrænsning skabte teamet en ny garn. Teamet fandt ud af, at polyvinylidenfluorid‑trifluoroethylen (PVDF‑TrFE) nano‑mikrofiber‑indpakket ledende garn og polyurethan (PU)‑belagt polyester‑kobbergarn holdt nok til at holde sensorens kontakter adskilt uden at ændre stoffets fleksibilitet.

Upræcise sensorer

Upræcise sensorer er et stort problem for bærbare enheder. De daglige aktiviteter og holdbarhedskravene til disse enheder gør dem tilbøjelige til fejl og falske udløsere. Falske bevægelser og andre misforståelser er almindelige, når sensorens integration altid er inden for rækkevidde. Desuden kan miljøfaktorer få en sensor til at give fejlagtige aflæsninger eller falske kontakter.

For at forhindre falske sensorudløsere besluttede forskerholdet at skabe et mellemrum mellem de modsat ladede lag i knappen ved hjælp af en afstandshalter. Denne tilgang hjalp med at gøre følsomheden kontrollerbar. Den gjorde det også muligt for forskerne at udføre tests ved forskellige afstande for at finde den optimale opsætning.

Triboelectric designfase

Enheden består af triboelectric nanogenerator‑baserede sensorer, der består af to modsat ladede lag. Denne struktur, kombineret med det garn de skabte, giver en pålidelig og blød‑til‑følelsen sensor, der bevarer komforten af et normalt stof.

AI-integration

Sensoren har en mikrochip, hvis eneste formål er at afkode datainput fra sensoren. Denne mikrochip har en integreret AI‑protokol, der udnytter avancerede maskinlæringsalgoritmer. Denne AI‑model blev specifikt skabt for at forhindre falske aktiveringer og fejltolkning af bevægelser. Den gør det muligt for enheden at registrere handlinger som swipe.

AI‑modellen forbedrer enhedens ydeevne og funktionalitet betydeligt. Den gør det også muligt for udviklere at programmere en række instruktioner over forskellige bevægelser. På den måde bliver enheden bedre til at genkende bevægelser og kommandoer og ignorerer falske aktiveringer med øget brug.

Fordele ved den nye stofsensor

Sensoren introducerer en række fordele, der gør den til en ideel mulighed for brug i bærbare enheder og andre anvendelsesscenarier. Evnen til at omdanne tøj til en controller åbner uendelige muligheder inden for mode, interaktion med daglige enheder og meget mere. Den åbner også døren for mere integration i smarte bymiljøer.

Forestil dig, at dit tøj kommunikerer med verden omkring dig. Denne teknologi kunne gøre det muligt en dag at skifte kanal ved at trykke på din sofa eller afspille din yndlingssang ved at tappe på din hatkant. Den kunne også gøre læger mere lydhøre eller soldater i stand til at holde kontakt med andre. Fordelene ved denne teknologi fortsætter med at skille sig ud.

Miniaturisering

Disse sensorer er små og kan hjælpe med at fremme flere sektorer såsom robotteknik, rumfart og marine udforskning. Den lette og fleksible natur af disse enheder gør dem også ideelle til brug i ikke‑konforme robotter. Ikke‑konforme robotter er robotter, der ikke har en stiv struktur. De er nyttige, når du har brug for en robot, der kan tilpasse sig for at komme igennem revner og sprækker.

Triboelectric strøm

En af de primære fordele ved triboelectric‑sensoren er, at den selvoplader. Triboelectric‑sensorer er kendt for deres simple design og følsomhed, hvilket gør dem ideelle til dette formål. Disse sensorer bruger statisk ladning under bevægelse mellem lagene for at forblive i drift. Derfor behøver de aldrig at blive genopladet.

Alsidig brug

Alsidigheden af dette nye sensorlayout kan ikke ignoreres. Den ekstra konsistens og evne til at genkende forskellige typer input gør projektet til en stor succes. Derudover placerer tilpasningsmulighederne forskerens skabelse i en egen klasse.

Ingeniører fra NC State University

Teamet bag projektet bestod af Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao og Rong Yin. Forskning, udvikling og test blev udført på NC State University. Nu søger teamet at videreudvikle deres forskning inden for triboelectric‑baserede tekstilsensorer og fremme adoptionen af bærbare enheder.

Testfase

Projektets testning demonstrerede udviklingens fleksibilitet og potentiale. For at teste projektet skabte forskerne en brugerdefineret musikafspiller, der accepterede BT‑input. Afspilleren var specifikt designet til at acceptere faste kernefunktioner, der var forbundet med korresponderende bevægelser i sensoren.

Ingeniørerne kunne afspille, pause, springe spor over og justere lydstyrken ved hjælp af sensoren. Resultaterne beviste, at konceptet var levedygtigt. Derudover gav det bedre resultater end forventet. Ingeniørerne kunne bruge enheden til at spille spil og endda indtaste adgangskoder, når det var nødvendigt. Nu er interessen for denne forskning steget på grund af dens potentielle anvendelser.

Potentielle anvendelser

Der er mange anvendelser for denne teknologi. Tekstilsensorer kan reducere vægt, forbedre respons og give værdifuld sensorfeedback, når det er nødvendigt. Følgelig har konceptet med bærbare controllere potentialet til at revolutionere mange industrier.

Sundhedspleje

Sundhedspleje er en af de sektorer, der kunne bruge denne teknologi til at levere bedre service. Mange patienter skal bære monitoreringsudstyr og har brug for en form for alarmmekanisme ved deres side. Introduktionen af tekstilbaserede sensorer kunne give disse personer mulighed for at navigere deres dag med mere frihed.

Derudover kan disse systemer bruges af medicinske fagfolk. Nogle systemer kan anmode om bestemte genstande eller give alarmer, når det er nødvendigt. Patienter kunne bære kjoler, der leverer vitale data om deres helbred eller bevægelse. Når de kombineres med RF‑ og IoT‑sensorer og andre muligheder, åbner denne teknologi døren til et nyt niveau af patientovervågningskapaciteter.

Sport

Sportsindustrien er et andet marked, der kunne bruge denne teknologi til at forbedre sine tilbud. Der har allerede været en vedvarende integration af sensorer i store sportsligaer for at forbedre dommerbeslutninger og andre vitale aspekter af spillet. Nu kan disse letvægtsensorer muliggøre forbedrede overvågningsmuligheder for atleter.

Mode

Modeindustrien har længe været i front inden for bærbar teknologi. Mange forsøg på at skabe nyttige wearables mislykkedes simpelthen fordi de ikke var modebevidste eller komfortable. Introduktionen af triboelectric‑drevne tekstilsensorer ændrer spillet og gør det muligt for designere at integrere teknologi sømløst i deres kreationer.

Militær

Militære anvendelser af denne teknologi fortsætter med at opstå. Der er allerede drøftelser om at bruge teknologien til at tilføje dronekontrol til soldaters uniformer sammen med en række andre sensorer. Fremtidens soldat vil veje mindre, men kunne udføre mange gange mere end sin forgænger.

Militæret kunne også bruge denne teknologi til verifikationssystemer såsom adgangskoder og ID‑verifikation. Man kunne se soldater gå til en port, hvor en sensor henter deres ID, og de bekræfter det ved at tappe på en sensor på deres uniform. De kunne endda tilføje yderligere information eller navigere i en kompleks menu udelukkende med deres tøj.

Virksomheder, der kunne drage fordel af denne teknologi

Bærbare markedet fortsætter med at varme op. Du er sandsynligvis klar over de største konkurrenter som Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) og Fitbit. Disse virksomheder har længe tilbudt bærbar teknologi i form af ure eller andre enheder med sensorer til at overvåge aspekter af dit helbred. Her er nogle andre virksomheder, der gør fremskridt på bærbare markedet.

Augmedix

Augmedix er en AI‑drevet plejeudbyder. Virksomheden integrerer bærbar teknologi for at hjælpe ambulancedriver med at oprette forbindelse til andre sundhedsreaktioner, når det er nødvendigt. Enheden forbinder alle fagfolk med klinikken, når det er nødvendigt.

Augmedix blev grundlagt i 2022 for at hjælpe med at afhjælpe ineffektivitet i sundhedssektoren og fremme bedre plejeprocesser. Netværket tilbyder i øjeblikket et spektrum af nyttige enheder, herunder digitalisering af naturlige kliniker‑patient‑samtaler. Denne tilgang gør det muligt at tilføje disse samtaler i realtid som nyttige medicinske data.

UA HealthBox

UA HealthBox er en fitness‑overvågningsapp designet til at hjælpe brugere med at måle deres fremskridt og velvære. Programmet er støttet af den engang banebrydende smartphone‑producent HTC. Firmaet har brugt sine mange års procesudvikling og har fokuseret den på at skabe kraftfulde wearables med succes.

Fremtiden for bærbare enheder er lys

Fremskridt inden for bærbar teknologi kommer hurtigt. Allerede nu er solenergidrevne og selvforsynende bærbare enheder klar til at træde ind på markedet i masseproduktion. Disse bæredygtige muligheder vil integrere AI‑løsninger for at give et nyt niveau af interaktivitet med dit digitale miljø. Derudover kan denne teknologi kombineres med AR og VR for at skabe en sømløs sammensmeltning af den digitale og den virkelige verden.

Decentraliseret AI er fremtiden for bærbare enheder

AI‑systemer, ligesom andre Web2‑applikationer, er begyndt at migrere til Web3‑formater. Disse nye decentraliserede AI‑økosystemer kan indsamle mere data fra netværksnoder i realtid. Derfor er de bedre egnet til at hjælpe med at skabe store modeller for wearables i fremtiden.

Det er én ting, når din AI‑wearable hjælper med at overvåge din sundhed. Det er en anden sag, når den bruger data fra alle andre brugere til at genkende sundhedsmønstre i regioner og andre vigtige statistikker, der kan hjælpe med at identificere risici tidligere. Bedst af alt er, at disse enheder i stigende grad er designet til at være selvforsynende, hvilket gør dem til et bæredygtigt alternativ.

Triboelectric‑sensoren markerer en milepæl i bærbar teknologi

Indtil for nylig var de fleste wearables ure, ringe eller andre genstande, der kunne understøtte et stift og stort behandlingskort eller controller. Takket være kreativiteten og opfindsomheden hos disse ingeniører fra NC State University kan dit tøj i fremtiden blive meget mere nyttigt. I det mindste vil næste generations wearables forbedre dine interaktioner og åbne døren for en mode‑/teknologirevolution.

Lær om anden fed teknologi Now