Triboelectric‑Sensoren werden in zukünftigen Wearables eine Rolle spielen

Eine Gruppe erfinderischer Ingenieure der NC State University hat kürzlich einen triboelektrischen, auf Stickerei basierenden Sensor vorgestellt, der die Art und Weise, wie Sie mit der Welt interagieren, revolutionieren könnte. Diese Erfindung ist weit mehr als ein Fernbedienungs‑Stück, das in Ihren Lieblingspullover eingenäht ist. Die Forscher haben es geschafft, ein nahtloses Steuersystem in den Stoff zu weben, das für den Träger unmerklich bleibt.

Stellen Sie sich vor, Sie gehen zu Ihrem neuen Auto und benutzen Ihr T‑Shirt, um das Fahrzeug zu entriegeln und zu starten, basierend auf Handgesten. Diese Technologie mag heute futuristisch klingen, aber dank der Entwicklungen dieser Ingenieure ist sie bereits möglich. Hier ist, warum diese Entwicklung Ihr Leben stark beeinflussen könnte.

Tragbare Elektronik

Um die Bedeutung der Arbeit der Forscher zu verstehen, ist es wichtig, den Wearables‑Markt und seine Entwicklung zu betrachten. Seit den ersten Elektronikgeräten und Telefonen träumen Kreative davon, Kleidung mit futuristischer Technologie zu durchdringen. Denken Sie an die Mitglieder von Star Trek aus den 70ern, die ihren Kommunikator an die Brust tippen und mit der Brücke des Schiffs sprechen. Auch heute boomt der Markt, wobei einfache Designs wie integrierte Handy‑Ladegeräte und Bluetooth‑Lautsprecher immer häufiger werden.

Quelle – ZEROi Smarthat

Exponentielles Wachstumspotenzial

Heute wird der Markt als schnell wachsender Sektor innerhalb der Technologiebranche angesehen. Ein von Forschern von Markets and Markets veröffentlichter Bericht zeigte, dass die globale Größe des Wearable‑Technologiemarktes bis 2026 voraussichtlich 265,4 Milliarden $ erreichen wird. Die Daten zeigten, dass der Markt mit einer CAGR (jährliche Wachstumsrate) von 18,0 % expandierte und zwischen 2021 und 2022 um bis zu 45 % wuchs.

Kleidung weiterentwickelt

Es gibt viele Teilbereiche innerhalb des Wearables‑Marktes. Der Bereich, auf den sich diese Forscher konzentrierten, war die Industrie für intelligente Textilien. Sie wollten Textilien mit Elektronik verbinden, sodass die Integration für den Träger in Aussehen und Gefühl unmerklich ist. Dennoch kann der Träger von zusätzlicher Funktionalität profitieren.

Textilbasierte Mensch‑Maschine‑Schnittstellen verwandeln Teile Ihrer Kleidung in Bedienelemente. Stellen Sie sich vor, Sie wischen über Ihren Pullover, um Ihr Telefon zu beantworten, oder berühren Ihren Hut, um ein Licht einzuschalten. All diese Optionen und vieles mehr sind mit Stoffsensoren möglich. So haben die Forscher Kleidung klickbar gemacht.

Herausforderungen, denen Ingenieure gegenüberstanden

Das Team musste zahlreiche Herausforderungen meistern, um den Stoff klickbar zu machen. Einerseits basieren die üblichen Methoden zum Besticken von Stoffen meist auf 2‑D‑Designs. Daher waren sie nicht geeignet, einen Sensor zu unterstützen, der Lücken zwischen den Kontakten benötigt.

Triboelectric‑Sensor

Um diese Einschränkung zu überwinden, entwickelte das Team ein neues Garn. Das Team stellte fest, dass polyvinylidenfluorid‑trifluorethylen (PVDF‑TrFE) nano‑mikro‑faser‑umwickeltes leitfähiges Garn und polyurethan (PU)‑beschichtetes Polyester‑Kupfer‑Garn ausreichend hielten, um die Sensor‑Kontakte getrennt zu halten, ohne die Flexibilität des Stoffes zu verändern.

Ungenaue Sensoren

Ungenaue Sensoren sind ein großes Problem für Wearables. Die täglichen Aktivitäten und die Haltbarkeitsanforderungen dieser Geräte machen sie anfällig für Ausfälle und falsche Auslösungen. Falsche Gesten und andere Fehlkommunikationen sind häufig, wenn die Sensorintegration ständig erreichbar ist. Auch Umweltfaktoren können dazu führen, dass ein Sensor fehlerhafte Messwerte oder falsche Kontakte liefert.

Um falsche Sensor‑Auslösungen zu verhindern, entschied das Forschungsteam, die gegensätzlich geladenen Schichten des Knopfes mit einem Abstandshalter zu trennen. Dieser Ansatz half, die Empfindlichkeit kontrollierbar zu machen. Außerdem ermöglichte er es den Forschern, Tests bei unterschiedlichen Abständen durchzuführen, um die optimale Anordnung zu ermitteln.

Triboelectric‑Designphase

Das Gerät besteht aus triboelektrischen Nanogenerator‑basierten Sensoren, die aus zwei gegensätzlich geladenen Schichten bestehen. Diese Struktur, kombiniert mit dem von ihnen entwickelten Garn, liefert einen zuverlässigen und weichen Sensor, der den Komfort eines normalen Stoffes beibehält.

KI‑Integration

Der Sensor verfügt über einen Mikrochip, dessen einziger Zweck darin besteht, Dateneingaben vom Sensor zu entschlüsseln. Dieser Mikrochip enthält ein integriertes KI‑Protokoll, das fortschrittliche Machine‑Learning‑Algorithmen nutzt. Dieses KI‑Modell wurde speziell entwickelt, um falsche Aktivierungen und Fehlinterpretationen von Gesten zu verhindern. Es ermöglicht dem Gerät, Aktionen wie Wischen zu registrieren.

Das KI‑Modell verbessert die Leistung und Funktionalität des Geräts erheblich. Es ermöglicht Entwicklern zudem, eine Reihe von Anweisungen für verschiedene Gesten zu programmieren. Dadurch wird das Gerät besser darin, Gesten und Befehle zu erkennen und falsche Aktivierungen mit zunehmender Nutzung zu ignorieren.

Vorteile des neuen Stoff‑Sensors

Der Sensor bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich, die ihn zu einer idealen Option für Wearables und andere Anwendungsfälle machen. Die Möglichkeit, Kleidung in einen Controller zu verwandeln, eröffnet endlose Optionen in Bezug auf Mode, Interaktion mit Alltagsgeräten und vieles mehr. Er eröffnet zudem neue Möglichkeiten für die Integration in intelligente Stadtumgebungen.

Stellen Sie sich vor, Ihre Kleidung kommuniziert mit der Welt um Sie herum. Diese Technologie könnte eines Tages ermöglichen, Kanäle zu wechseln, indem Sie Ihre Couch antippen, oder Ihr Lieblingslied zu spielen, indem Sie den Rand Ihres Hutes tippen. Sie könnte Ärzten helfen, schneller zu reagieren, oder Soldaten ermöglichen, in Kontakt zu bleiben. Die Vorteile dieser Technologie stechen weiterhin hervor.

Miniaturisierung

Diese Sensoren sind winzig und können mehrere Sektoren wie Robotik, Luft‑ und Raumfahrt sowie Meeresforschung voranbringen. Das leichte und flexible Wesen dieser Geräte macht sie auch für den Einsatz in nicht‑konformen Robotern ideal. Nicht‑konforme Roboter sind Roboter ohne starre Struktur. Sie sind nützlich, wenn ein Roboter durch Ritzen und Spalten passen muss.

Triboelectric‑Energie

Einer der wichtigsten Vorteile des triboelektrischen Sensors ist, dass er sich selbst auflädt. Triboelektrische Sensoren sind für ihr simples Design und ihre Empfindlichkeit bekannt, was sie für diesen Einsatz ideal macht. Diese Sensoren nutzen statische Aufladung während der Bewegung zwischen den Schichten, um mit Strom versorgt zu bleiben. Daher müssen sie nie nachgeladen werden.

Vielseitige Anwendung

Die Vielseitigkeit dieses neuen Sensorlayouts lässt sich nicht ignorieren. Die erhöhte Konsistenz und die Fähigkeit, verschiedene Eingabetypen zu erkennen, machen das Projekt zu einem großen Erfolg. Zusätzlich bieten die Anpassungsoptionen dem Werk der Forscher eine eigene Klasse.

Ingenieure der NC State University

Das Team hinter dem Projekt bestand aus Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao und Rong Yin. Forschung, Entwicklung und Tests fanden an der NC State University statt. Jetzt strebt das Team an, seine Forschung zu triboelektrischen Textilsensoren weiterzuführen und die Verbreitung von Wearables voranzutreiben.

Testphase

Die Projekt‑Tests zeigten die Flexibilität und das Potenzial der Entwicklung. Um das Projekt zu testen, erstellten die Forscher einen benutzerdefinierten Musik‑Player, der BT‑Eingaben akzeptierte. Der Player wurde speziell entwickelt, um feste Kernfunktionen zu akzeptieren, die mit entsprechenden Gesten im Sensor verknüpft waren.

Die Ingenieure konnten mit dem Sensor abspielen, pausieren, Titel überspringen und die Lautstärke anpassen. Die Ergebnisse bewiesen, dass das Konzept machbar war. Darüber hinaus erzielten sie bessere Ergebnisse als erwartet. Die Ingenieure konnten das Gerät zum Spielen von Spielen und sogar zum Eingeben von Passwörtern verwenden, wenn nötig. Jetzt hat das Interesse an dieser Forschung aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen zugenommen.

Potenzielle Anwendungen

Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie. Textilsensoren können das Gewicht reduzieren, die Reaktionsfähigkeit verbessern und wertvolles Sensor‑Feedback liefern, wenn es benötigt wird. Folglich hat das Konzept von Wearable‑Controllern das Potenzial, viele Branchen zu revolutionieren.

Gesundheitswesen

Das Gesundheitswesen ist einer der Sektoren, die diese Technologie nutzen könnten, um besseren Service zu bieten. Viele Patienten müssen Überwachungsgeräte tragen und benötigen ein Alarm‑Mechanismus in ihrer Nähe. Die Einführung von textilbasierten Sensoren könnte diesen Personen mehr Freiheit im Alltag ermöglichen.

Zusätzlich könnten diese Systeme von medizinischem Fachpersonal verwendet werden. Einige Systeme können bestimmte Gegenstände anfordern oder bei Bedarf Alarme auslösen. Patienten könnten Kittel tragen, die Vitaldaten zu ihrer Gesundheit oder Bewegung liefern. Kombiniert mit RF‑ und IoT‑Sensoren und anderen Optionen eröffnet diese Technologie ein neues Niveau der Patientenüberwachung.

Sport

Die Sportbranche ist ein weiterer Markt, der diese Technologie nutzen könnte, um sein Angebot zu verbessern. Es gibt bereits eine stetige Integration von Sensoren in großen Sportligen, um Schiedsrichterentscheidungen und andere wichtige Aspekte des Spiels zu verbessern. Jetzt könnten diese leichten Sensoren erweiterte Überwachungsfähigkeiten für Athleten ermöglichen.

Mode

Die Modebranche steht seit langem an der Spitze der Wearable‑Technologie. Viele Versuche, nützliche Wearables zu schaffen, scheiterten einfach, weil sie nicht modisch oder bequem waren. Die Einführung von triboelektrisch betriebenen Textilsensoren verändert das Spiel und ermöglicht Designern, Technologie nahtlos in ihre Kreationen zu integrieren.

Militär

Militärische Anwendungen für diese Technologie entstehen weiterhin. Es gibt bereits Diskussionen darüber, die Technologie zu nutzen, um Drohnensteuerungen in die Uniformen von Soldaten zu integrieren, neben einer Vielzahl anderer Sensoren. Der Soldat der Zukunft wird weniger wiegen, aber viel mehr leisten können als sein Vorgänger.

Das Militär könnte diese Technologie auch für Verifizierungssysteme wie Passwörter und ID‑Verifizierung einsetzen. Man könnte Soldaten sehen, die zu einem Tor gehen, und ein Sensor ruft deren ID ab, die sie durch Antippen eines Sensors an ihrer Uniform verifizieren. Sie könnten sogar zusätzliche Informationen hinzufügen oder ein komplexes Menü navigieren, nur mit ihrer Kleidung.

Unternehmen, die von dieser Technologie profitieren könnten

Der Wearable‑Markt heizt weiter auf. Sie kennen wahrscheinlich die Hauptkonkurrenten wie Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) und Fitbit. Diese Unternehmen bieten seit langem Wearable‑Technologie in Form von Uhren oder anderen Geräten mit Sensoren zur Überwachung Ihrer Gesundheit an. Hier sind einige weitere Unternehmen, die im Wearables‑Markt aktiv werden.

Augmedix

Augmedix ist ein KI‑gestützter Pflegeanbieter. Das Unternehmen integriert Wearable‑Technologie, um Rettungswagen‑Fahrern zu helfen, bei Bedarf mit anderen Gesundheitsdiensten in Kontakt zu treten. Das Gerät verbindet alle Fachkräfte bei Bedarf mit der Klinik.

Augmedix wurde 2022 gegründet, um Ineffizienzen im Gesundheitssektor zu verringern und bessere Pflegeprozesse zu fördern. Das Netzwerk bietet derzeit ein Spektrum hilfreicher Geräte, darunter die Digitalisierung natürlicher Arzt‑Patient‑Gespräche. Dieser Ansatz ermöglicht es, diese Gespräche in Echtzeit als nützliche medizinische Daten hinzuzufügen.

UA HealthBox

UA HealthBox ist eine Fitness‑Monitoring‑App, die Nutzern hilft, ihren Fortschritt und ihr Wohlbefinden zu messen. Das Programm wird vom einstigen Smartphone‑Hersteller HTC unterstützt. Das Unternehmen hat seine jahrelange Erfahrung in der Prozessorentwicklung genutzt, um leistungsstarke Wearables mit Erfolg zu schaffen.

Die Zukunft der Wearables ist vielversprechend

Fortschritte in der Wearable‑Technologie kommen schnell. Bereits jetzt sind solarbetriebene und selbstversorgende Wearables bereit, in Massenproduktion zu gehen. Diese nachhaltigen Optionen werden KI‑Lösungen integrieren, um ein neues Maß an Interaktivität mit Ihrer digitalen Umgebung zu bieten. Zusätzlich kann diese Technologie mit AR und VR kombiniert werden, um eine nahtlose Verschmelzung der digitalen und realen Welt zu schaffen.

Dezentralisierte KI ist die Zukunft der Wearables

KI‑Systeme, wie andere Web2‑Anwendungen, haben begonnen, zu Web3‑Formaten zu migrieren. Diese neuen dezentralen KI‑Ökosysteme können in Echtzeit mehr Daten von Netzwerkknoten sammeln. Daher eignen sie sich besser, um große Modelle für Wearables in der Zukunft zu erstellen.

Es ist das eine, wenn Ihr KI‑Wearable Ihre Gesundheit überwacht. Es ist etwas anderes, wenn es Daten aller anderen Nutzer nutzt, um Gesundheitsmuster in Regionen und andere wichtige Statistiken zu erkennen, die helfen, Risiken früher zu identifizieren. Das Beste daran ist, dass diese Geräte zunehmend selbstversorgend entwickelt werden, was sie zu einer nachhaltigen Alternative macht.

Der Triboelectric‑Sensor markiert einen Meilenstein in der Wearable‑Technologie

Bis vor kurzem waren die meisten Wearables Uhren, Ringe oder andere Geräte, die ein starres und großes Verarbeitungsboard oder einen Controller unterstützen konnten. Dank der Kreativität und des Einfallsreichtums dieser Ingenieure der NC State University könnten Ihre Kleidung in Zukunft viel nützlicher werden. Zumindest werden die Wearables der nächsten Generation Ihre Interaktionen verbessern und die Tür zu einer Mode‑/Tech‑Revolution öffnen.

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