Τα Τριβοηλεκτρικά Αισθητήρια Έτοιμα να Παίξουν Ρόλο στα Επόμενης Γενιάς Wearables

Μια ομάδα εφευρετικών μηχανικών από το Πανεπιστήμιο NC State παρουσίασε πρόσφατα έναν τριβοηλεκτρικό αισθητήρα βασισμένο σε κέντημα sensor που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο που αλληλεπιδράτε με τον κόσμο. Αυτή η δημιουργία είναι πολύ περισσότερο από ένα τηλεχειριστήριο ραμμένο στο αγαπημένο σας πουλόβερ. Οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα αδιάλειπτο σύστημα ελέγχου υφασμένο μέσα στο ύφασμα με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι αόρατο για τον χρήστη.

Φανταστείτε να πλησιάζετε το καινούριο σας αυτοκίνητο και να χρησιμοποιείτε το μπλουζάκι σας για να το ξεκλειδώσετε και να το ξεκινήσετε με κινήσεις του χεριού. Η τεχνολογία αυτή μπορεί να ακούγεται φουτουριστική σήμερα, αλλά χάρη στις εξελίξεις που έκαναν αυτοί οι μηχανικοί, είναι ήδη εφικτή. Δείτε γιατί αυτή η εξέλιξη θα μπορούσε να έχει σημαντική επίδραση στη ζωή σας.

Φορητά Ηλεκτρονικά

Για να κατανοήσουμε τη σημασία της εργασίας των ερευνητών, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε την αγορά των wearables και την εξέλιξή της. Από την εποχή των πρώτων ηλεκτρονικών και τηλεφώνων, δημιουργικοί άνθρωποι ονειρεύονταν ρούχα ενσωματωμένα με φουτουριστική τεχνολογία. Σκεφτείτε τα μέλη του Star Trek της δεκαετίας του ’70 που πατούσαν τον επικοινωνιακό τους διακόπτη στο στήθος και μιλούσαν με τη γέφυρα του διαστημόπλοιου. Ακόμη και σήμερα, η αγορά ευημερεί, με απλές σχεδιάσεις όπως ενσωματωμένα φορτιστές τηλεφώνων και ηχεία Bluetooth να γίνονται όλο και πιο συνηθισμένα.

Πηγή – ZEROi Smarthat

Δυναμική Εκθετική Ανάπτυξη

Σήμερα, η αγορά θεωρείται ένας ταχέως αναπτυσσόμενος τομέας στην τεχνολογική βιομηχανία. Μια έκθεση που δημοσιεύθηκε από ερευνητές της Markets and Markets αποκάλυψε ότι το παγκόσμιο μέγεθος της αγοράς φορητών τεχνολογιών προβλέπεται να φτάσει τα 265,4 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2026. Τα δεδομένα έδειξαν ότι η αγορά επεκτεινόταν με CAGR (σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης) 18,0% και είχε αυξηθεί έως και 45% κατά την περίοδο 2021‑2022.

Η Ενδυμασία Εξελίχθηκε

Υπάρχουν πολλές υποκατηγορίες μέσα στην αγορά των wearables. Η υποκατηγορία στην οποία εστίασαν αυτοί οι ερευνητές ήταν η βιομηχανία των Έξυπνων Υφασμάτων. Επιδίωξαν να συνδυάσουν τα υφάσματα με την ηλεκτρονική με τέτοιο τρόπο ώστε η ενσωμάτωση να είναι αόρατη για τον χρήστη τόσο οπτικά όσο και αισθητικά. Ωστόσο, ο χρήστης θα μπορούσε να απολαμβάνει πρόσθετη λειτουργικότητα.

Διεπαφές ανθρώπου‑μηχανής βασισμένες σε υφάσματα μετατρέπουν μέρη των ρούχων σας σε χειριστήρια. Φανταστείτε να σέρνετε το πουλόβερ σας για να απαντήσετε στο τηλέφωνό σας ή να αγγίζετε το καπέλο σας για να ανάψετε ένα φως. Όλες αυτές οι επιλογές και πολλά άλλα είναι δυνατά με τη χρήση αισθητήρων υφάσματος. Δείτε πώς οι ερευνητές κατάφεραν να κάνουν τα ρούχα «κλικαρίσιμα».

Προκλήσεις που Αντιμετώπισαν οι Μηχανικοί

Η ομάδα έπρεπε να ξεπεράσει πολλές προκλήσεις για να κάνει το ύφασμα «κλικαρίσιμο». Κατ’ αρχάς, οι κανονικές μέθοδοι κεντήματος υφασμάτων βασίζονται συνήθως σε 2Δ σχέδια. Ως εκ τούτου, δεν ήταν κατάλληλες για την υποστήριξη ενός αισθητήρα που απαιτεί κενά μεταξύ των επαφών.

Τριβοηλεκτρικός Αισθητήρας

Για να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό, η ομάδα δημιούργησε ένα νέο νήμα. Διαπίστωσαν ότι το νήμα αγώγιμο τυλιγμένο με νανο‑μικροΐνες πολυφθοριδίου‑τετραφθοροαιθυλενίου (PVDF‑TrFE) και το νήμα πολυουρεθανίου (PU) επενδυμένο σε πολυεστέρα‑χαλκό είχαν την ικανότητα να διατηρούν τα επαφές του αισθητήρα χωριστά χωρίς να αλλοιώνουν την αίσθηση ευελιξίας του υφάσματος.

Ανακριβή Αισθητήρες

Οι ανακριβείς αισθητήρες αποτελούν σημαντικό πρόβλημα για τα wearables. Οι καθημερινές δραστηριότητες και οι απαιτήσεις ανθεκτικότητας αυτών των συσκευών τα καθιστούν επιρρεπή σε αποτυχίες και ψευδείς ενεργοποιήσεις. Ψευδείς κινήσεις και άλλες παρερμηνείες είναι συχνές όταν η ενσωμάτωση του αισθητήρα είναι πάντα προσβάσιμη. Επιπλέον, περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να προκαλέσουν λανθασμένες μετρήσεις ή ψευδείς επαφές.

Για να αποτρέψουν τις ψευδείς ενεργοποιήσεις, η ερευνητική ομάδα αποφάσισε να δημιουργήσει ένα κενό μεταξύ των αντίστροφων φορτισμένων στρωμάτων του κουμπιού χρησιμοποιώντας έναν διαχωριστή. Αυτή η προσέγγιση βοήθησε στον έλεγχο της ευαισθησίας. Επίσης, επέτρεψε στους ερευνητές να διεξάγουν δοκιμές σε διαφορετικές αποστάσεις κενών για να εντοπίσουν τη βέλτιστη διάταξη.

Φάση Σχεδίασης Τριβοηλεκτρικού

Η συσκευή αποτελείται από αισθητήρες βασισμένους σε τριβοηλεκτρικό νανογεννήτρια που περιλαμβάνουν δύο αντίστροφα φορτισμένα στρώματα. Αυτή η δομή, σε συνδυασμό με το νήμα που δημιούργησαν, παρέχει έναν αξιόπιστο και απαλό στην αφή αισθητήρα που διατηρεί την άνεση ενός κανονικού υφάσματος.

Ενσωμάτωση AI

Ο αισθητήρας διαθέτει μικροτσίπ του οποίου η μοναδική αποστολή είναι η αποκωδικοποίηση των δεδομένων εισόδου από τον αισθητήρα. Αυτό το μικροτσίπ περιλαμβάνει ενσωματωμένο πρωτόκολλο AI που αξιοποιεί προηγμένους αλγόριθμους μηχανικής μάθησης. Αυτό το μοντέλο AI δημιουργήθηκε ειδικά για την πρόληψη ψευδών ενεργοποιήσεων και λανθασμένων αναγνώσεων κινήσεων. Επιτρέπει στη συσκευή να καταγράφει ενέργειες όπως το σάρωση.

Το μοντέλο AI βελτιώνει σημαντικά την απόδοση και τη λειτουργικότητα της συσκευής. Επίσης, δίνει τη δυνατότητα στους προγραμματιστές να προγραμματίσουν μια σειρά εντολών για διάφορες κινήσεις. Έτσι, η συσκευή γίνεται καλύτερη στην αναγνώριση κινήσεων και εντολών και αγνοεί τις ψευδείς ενεργοποιήσεις με τη χρήση.

Οφέλη του Νέου Αισθητήρα Υφάσματος

Ο αισθητήρας προσφέρει μια σειρά πλεονεκτημάτων που τον καθιστούν ιδανική επιλογή για χρήση σε wearables και άλλα σενάρια χρήσης. Η δυνατότητα μετατροπής των ρούχων σε ελεγκτή ανοίγει ατελείωτες επιλογές σε ό,τι αφορά τη μόδα, την αλληλεπίδραση με καθημερινές συσκευές και πολλά άλλα. Επίσης, ανοίγει το δρόμο για μεγαλύτερη ενσωμάτωση σε έξυπνα περιβάλλοντα πόλεων.

Φανταστείτε τα ρούχα σας να επικοινωνούν με τον κόσμο γύρω σας. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει εφικτό το μέλλον να αλλάζετε κανάλια πατώντας το καναπέ σας ή να παίζετε το αγαπημένο σας τραγούδι αγγίζοντας το περιθώριο του καπέλου σας. Θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει σε γιατρούς να είναι πιο ανταποκριτικοί ή σε στρατιώτες να παραμένουν σε επαφή με άλλους. Τα οφέλη αυτής της τεχνολογίας συνεχίζουν να ξεχωρίζουν.

Μικροποίηση

Αυτοί οι αισθητήρες είναι μικροσκοπικοί και μπορούν να προωθήσουν πολλούς τομείς όπως η ρομποτική, η αεροδιαστημική και η θαλάσσια εξερεύνηση. Η ελαφριά και ευέλικτη φύση αυτών των συσκευών τα καθιστά ιδανικά για χρήση σε μη‑συμβατικά ρομπότ. Τα μη‑συμβατικά ρομπότ είναι ρομπότ που δεν έχουν άκαμπτη δομή. Είναι χρήσιμα όταν χρειάζεστε ένα ρομπότ που μπορεί να προσαρμοστεί για να περάσει μέσα από ρωγμές και σχισμές.

Τριβοηλεκτρική Ενέργεια

Ένα από τα κορυφαία πλεονεκτήματα του τριβοηλεκτρικού αισθητήρα είναι ότι αυτοφορτίζεται. Οι τριβοηλεκτρικοί αισθητήρες είναι γνωστοί για τον απλό σχεδιασμό τους και την ευαισθησία τους, καθιστώντας τους ιδανικούς για αυτή τη χρήση. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν στατικό φορτίο κατά τη κίνηση μεταξύ των στρωμάτων για να παραμένουν ενεργοποιημένοι. Συνεπώς, δεν χρειάζεται ποτέ να επαναφορτιστούν.

Πολυμορφική Χρήση

Η πολυμορφία αυτής της νέας διάταξης αισθητήρα δεν μπορεί να αγνοηθεί. Η προστιθέμενη συνέπεια και η ικανότητα αναγνώρισης διαφορετικών τύπων εισόδων κάνουν το έργο τεράστια επιτυχία. Επιπλέον, οι επιλογές προσαρμογής τοποθετούν τη δημιουργία του ερευνητή σε μια κατηγορία δική της.

Μηχανικοί του Πανεπιστημίου NC State

Η ομάδα πίσω από το έργο αποτελούνταν από τους Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao και Rong Yin. Η έρευνα, η ανάπτυξη και οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στο Πανεπιστήμιο NC State. Τώρα, η ομάδα επιδιώκει να προχωρήσει περαιτέρω στην έρευνα των τριβοηλεκτρικών υφασματικών αισθητήρων και να προωθήσει την υιοθέτηση των wearables.

Φάση Δοκιμών

Οι δοκιμές του έργου έδειξαν την ευελιξία και το δυναμικό της ανάπτυξης. Για να δοκιμάσουν το έργο, οι ερευνητές δημιούργησαν έναν προσαρμοσμένο μουσικό παίκτη που δέχεται εισόδους BT. Ο παίκτης σχεδιάστηκε ειδικά για να δέχεται σταθερές βασικές λειτουργίες που συνδέονταν με τις αντίστοιχες κινήσεις στον αισθητήρα.

Οι μηχανικοί μπόρεσαν να παίζουν, να παύουν, να μεταπηδούν κομμάτια και να ρυθμίζουν την ένταση χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα. Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι η ιδέα ήταν βιώσιμη. Επιπλέον, έδωσαν καλύτερα αποτελέσματα από τα αναμενόμενα. Οι μηχανικοί μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τη συσκευή για παιχνίδια και ακόμη και για εισαγωγή κωδικών πρόσβασης όταν απαιτούνταν. Τώρα, το ενδιαφέρον για αυτήν την έρευνα έχει αυξηθεί λόγω των πιθανών εφαρμογών της.

Πιθανές Εφαρμογές

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αυτήν την τεχνολογία. Οι αισθητήρες υφάσματος μπορούν να μειώσουν το βάρος, να βελτιώσουν την ανταπόκριση και να παρέχουν πολύτιμη ανατροφοδότηση αισθητήρων όταν χρειάζεται. Συνεπώς, η έννοια των φορητών ελεγκτών έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση σε πολλές βιομηχανίες.

Υγειονομική Περίθαλψη

Η υγειονομική περίθαλψη είναι ένας από τους τομείς που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτήν την τεχνολογία για καλύτερη εξυπηρέτηση. Πολλοί ασθενείς πρέπει να φορούν εξοπλισμό παρακολούθησης και χρειάζονται κάποιο μηχανισμό ειδοποίησης δίπλα τους. Η εισαγωγή αισθητήρων βασισμένων σε υφάσματα θα μπορούσε να επιτρέψει σε αυτά τα άτομα να διαχειρίζονται την ημέρα τους με μεγαλύτερη ελευθερία.

Επιπλέον, αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από ιατρικούς επαγγελματίες. Ορισμένα συστήματα μπορούν να ζητούν συγκεκριμένα αντικείμενα ή να εκδίδουν ειδοποιήσεις όταν χρειάζεται. Οι ασθενείς θα μπορούσαν να φορούν ενδύματα που παρέχουν ζωτικά στατιστικά για την υγεία ή την κίνησή τους. Επιπλέον, όταν συνδυαστούν με αισθητήρες RF και IoT και άλλες επιλογές, αυτή η τεχνολογία ανοίγει το δρόμο για ένα νέο επίπεδο δυνατοτήτων παρακολούθησης ασθενών.

Αθλητισμός

Η αθλητική βιομηχανία είναι μια άλλη αγορά που θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνολογία για να βελτιώσει τις προσφορές της. Υπάρχει ήδη μια σταθερή ενσωμάτωση αισθητήρων σε μεγάλες αθλητικές λίγκες για τη βελτίωση των αποφάσεων των διαιτητών και άλλων κρίσιμων πτυχών του παιχνιδιού. Τώρα, αυτοί οι ελαφροί αισθητήρες θα μπορούσαν να επιτρέψουν βελτιωμένες δυνατότητες παρακολούθησης αθλητών.

Μόδα

Η βιομηχανία της μόδας βρίσκεται εδώ και πολύ καιρό στην πρώτη γραμμή της φορητής τεχνολογίας. Πολλές προσπάθειες δημιουργίας χρήσιμων wearables απέτυχαν απλώς επειδή δεν ήταν μοντέρνα ή άνετα. Η εισαγωγή τριβοηλεκτρικών, τροφοδοτούμενων από υφάσματα, αισθητήρων αλλάζει το παιχνίδι και επιτρέπει στους σχεδιαστές να ενσωματώνουν τεχνολογία άψογα στα δημιουργήματά τους.

Στρατιωτικό

Οι στρατιωτικές εφαρμογές για αυτήν την τεχνολογία συνεχίζουν να εμφανίζονται. Υπάρχουν ήδη συζητήσεις για τη χρήση της τεχνολογίας για την προσθήκη ελέγχων drone στα ενδύματα των στρατιωτών, μαζί με πληθώρα άλλων αισθητήρων. Ο στρατιώτης του μέλλοντος θα ζυγίζει λιγότερο αλλά θα μπορεί να επιτελεί πολλές φορές περισσότερα από τον πρόγονο του.

Ο στρατός θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνολογία για συστήματα επαλήθευσης όπως κωδικούς πρόσβασης και επαλήθευση ταυτότητας. Θα μπορούσατε να δείτε στρατιώτες να περπατούν προς μια πύλη και ένας αισθητήρας να εμφανίζει την ταυτότητά τους, την οποία επαληθεύουν πατώντας έναν αισθητήρα στο uniform τους. Θα μπορούσαν ακόμη και να προσθέσουν πρόσθετες πληροφορίες ή να περιηγηθούν σε ένα πολύπλοκο μενού μόνο με το ρούχο τους.

Εταιρείες που Θα Μπορούσαν να Ωφεληθούν από αυτήν την Τεχνολογία

Η αγορά των wearables συνεχίζει να θερμαίνεται. Πιθανώς γνωρίζετε τους κύριους ανταγωνιστές όπως η Apple (AAPL ), η Microsoft (MSFT ) και η Fitbit. Αυτές οι εταιρείες προσφέρουν εδώ και πολύ καιρό φορητή τεχνολογία με τη μορφή ρολογιών ή άλλων αντικειμένων με αισθητήρες για την παρακολούθηση της υγείας σας. Ακολουθούν μερικές άλλες εταιρείες που κάνουν κινήσεις στην αγορά των wearables.

Augmedix

Η Augmedix είναι ένας πάροχος φροντίδας υγείας με τεχνητή νοημοσύνη. Η εταιρεία ενσωματώνει τεχνολογία wearables για να βοηθήσει τους οδηγούς ασθενοφόρων να συνδέονται με άλλες αντιδράσεις υγειονομικής περίθαλψης όταν χρειάζεται. Η συσκευή συνδέει όλους τους επαγγελματίες με την κλινική όταν χρειάζεται.

Η Augmedix ιδρύθηκε το 2022 για να βοηθήσει στην άμβλυνση των αναποτελεσματικοτήτων στον τομέα της υγείας και να προωθήσει καλύτερες διαδικασίες φροντίδας. Το δίκτυο προσφέρει αυτή τη στιγμή ένα φάσμα χρήσιμων συσκευών, συμπεριλαμβανομένης της ψηφιοποίησης των φυσικών συνομιλιών κλινικού‑ασθενούς. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει την προσθήκη αυτών των συνομιλιών σε πραγματικό χρόνο ως χρήσιμα ιατρικά δεδομένα.

UA HealthBox

Η UA HealthBox είναι μια εφαρμογή παρακολούθησης φυσικής κατάστασης σχεδιασμένη για να βοηθά τους χρήστες να μετρούν την πρόοδό τους και την ευεξία τους. Το πρόγραμμα υποστηρίζεται από τον μοναδικό κατασκευαστή smartphone HTC. Η εταιρεία χρησιμοποίησε τα πολλά χρόνια ανάπτυξης επεξεργαστών της και τα εστίασε στη δημιουργία ισχυρών wearables με επιτυχία.

Το Μέλλον των Wearables είναι Λαμπρό

Οι εξελίξεις στην τεχνολογία wearables έρχονται γρήγορα. Ήδη, solar-powered και αυτοτροφοδοτούμενα wearables προετοιμάζονται να εισέλθουν μαζικά στην αγορά. Αυτές οι βιώσιμες επιλογές θα ενσωματώσουν λύσεις AI για να προσφέρουν ένα νέο επίπεδο αλληλεπίδρασης με το ψηφιακό σας περιβάλλον. Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία μπορεί να συνδυαστεί με AR και VR για να δημιουργήσει μια αδιάσπαστη συγχώνευση των ψηφιακών και πραγματικών κόσμων.

Η Αποκεντρωμένη AI είναι το Μέλλον των Wearables

Τα συστήματα AI, όπως και άλλες εφαρμογές Web2, έχουν αρχίσει να μεταναστεύουν σε μορφές Web3. Αυτά τα νέα αποκεντρωμένα οικοσυστήματα AI μπορούν να συλλέγουν περισσότερα δεδομένα από κόμβους δικτύου σε πραγματικό χρόνο. Ως εκ τούτου, είναι πιο κατάλληλα για τη δημιουργία μεγάλων μοντέλων για wearables στο μέλλον.

Είναι ένα πράγμα όταν το AI wearable σας βοηθά να παρακολουθείτε την υγεία σας. Είναι άλλη ιστορία όταν χρησιμοποιεί δεδομένα από όλους τους άλλους χρήστες για να αναγνωρίζει πρότυπα υγείας σε περιοχές και άλλα κρίσιμα στατιστικά που θα βοηθούσαν στην έγκαιρη αναγνώριση κινδύνων. Το καλύτερο απ’ όλα, αυτές οι συσκευές δημιουργούνται όλο και περισσότερο ώστε να είναι αυτοτροφοδοτούμενες, καθιστώντας τες μια βιώσιμη εναλλακτική.

Ο Τριβοηλεκτρικός Αισθητήρας Σηματοδοτεί ένα Ορόσημο στην Τεχνολογία Wearables

Μέχρι πρόσφατα, τα περισσότερα wearables ήταν ρολόγια, δαχτυλίδια ή άλλα αντικείμενα που μπορούσαν να υποστηρίξουν μια άκαμπτη και μεγάλη πλακέτα επεξεργασίας ή ελεγκτή. Χάρη στη δημιουργικότητα και την εφευρετικότητα των μηχανικών του Πανεπιστημίου NC State, τα ρούχα σας μπορεί να γίνουν πολύ πιο χρήσιμα στο μέλλον. Τουλάχιστον, τα wearables της επόμενης γενιάς θα ενισχύσουν τις αλληλεπιδράσεις σας και θα ανοίξουν το δρόμο για μια επανάσταση μόδας/τεχνολογίας.

Μάθετε για Άλλες Καλές Τεχνολογίες Τώρα