Los sensores triboeléctricos listos para desempeñar un papel en los wearables de próxima generación

Un grupo de ingenieros ingeniosos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte presentó recientemente un sensor basado en bordado triboeléctrico que podría revolucionar la forma en que interactúas con el mundo. Esta creación es mucho más que un control remoto cosido en tu suéter favorito. Los investigadores lograron crear un sistema de control sin costuras tejido en la tela de manera que pase desapercibido para quien lo lleva.

Imagina acercarte a tu nuevo coche y usar tu camiseta para desbloquear el vehículo e iniciarlo mediante gestos de la mano. Esta tecnología puede sonar futurista hoy, pero gracias a los desarrollos realizados por estos ingenieros, ya es posible. He aquí por qué este avance podría tener un gran impacto en tu vida.

Electrónica portátil

Para comprender la importancia del trabajo de los investigadores, es vital observar el mercado de los wearables y su evolución. Desde los primeros dispositivos electrónicos y teléfonos, los creativos han soñado con ropa impregnada de tecnología futurista. Piensa en los miembros de Star Trek de los años 70 que pulsaban su comunicador en el pecho y hablaban con el puente de la nave. Incluso hoy, el mercado prospera, con diseños simples como cargadores de teléfono integrados y altavoces Bluetooth que se vuelven cada vez más habituales.

Fuente – ZEROi Smarthat

Potencial de crecimiento exponencial

Hoy, el mercado se considera un sector de rápido crecimiento dentro de la industria tecnológica. Un informe publicado por investigadores de Markets and Markets reveló que se proyecta que el tamaño del mercado global de tecnología wearable alcance los 265,4 mil millones de dólares para 2026. Los datos mostraron que el mercado se expandía a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 18,0 % y había crecido hasta un 45 % durante 2021‑2022.

Ropa evolucionada

Existen muchas subsecciones dentro del mercado de wearables. La que estos investigadores decidieron abordar fue la industria de los textiles inteligentes. Buscaron combinar textiles con electrónica de manera que la integración fuera imperceptible para el usuario tanto en apariencia como en tacto. Sin embargo, el usuario podría disfrutar de funcionalidades añadidas.

Las interfaces humano‑máquina basadas en textiles convierten partes de tu ropa en controles. Imagina deslizar tu suéter para contestar el teléfono o tocar tu sombrero para encender una luz. Todas estas opciones y mucho más son posibles mediante sensores de tela. Así es como los investigadores lograron que la ropa fuera interactiva.

Desafíos que enfrentaron los ingenieros

El equipo tuvo que superar muchos desafíos para hacer que la tela fuera interactiva. Por un lado, los métodos habituales de bordado de telas suelen basarse en diseños 2D. Por lo tanto, no eran adecuados para soportar un sensor que requería espacios entre los contactos.

Sensor triboeléctrico

Para superar esta limitación, el equipo creó un nuevo hilo. Descubrieron que el hilo conductor envuelto en nano‑microfibras de fluoruro de polivinilideno‑trifluoroetileno (PVDF‑TrFE) y el hilo de poliéster‑cobre recubierto de poliuretano (PU) mantenían la separación de los contactos del sensor sin alterar la sensación de flexibilidad de la tela.

Sensores inexactos

Los sensores inexactos son un problema importante para los wearables. Las actividades cotidianas y los requisitos de durabilidad de estos dispositivos los hacen propensos a fallos y activaciones falsas. Los gestos falsos y otras malas comunicaciones son comunes cuando la integración del sensor está siempre al alcance. Además, factores ambientales pueden hacer que un sensor proporcione lecturas erróneas o contactos falsos.

Para evitar activaciones falsas del sensor, el equipo de investigación decidió separar las capas cargadas de forma opuesta del botón mediante un espaciador. Este enfoque ayudó a que la sensibilidad fuera controlable. También permitió a los investigadores realizar pruebas a diferentes distancias de separación para determinar la disposición óptima.

Fase de diseño triboeléctrico

El dispositivo está compuesto por sensores basados en nanogeneradores triboeléctricos que consisten en dos capas cargadas de forma opuesta. Esta estructura, combinada con el hilo que crearon, proporciona un sensor fiable y suave al tacto que mantiene la comodidad de una tela normal.

Integración de IA

El sensor tiene un microchip cuyo único propósito es descifrar las entradas de datos del sensor. Este microchip cuenta con un protocolo de IA integrado que aprovecha algoritmos avanzados de aprendizaje automático. Este modelo de IA se creó específicamente para evitar activaciones falsas y lecturas erróneas de gestos. Permite que el dispositivo registre acciones como deslizar.

El modelo de IA mejora considerablemente el rendimiento y la funcionalidad del dispositivo. También permite a los desarrolladores programar una variedad de instrucciones basadas en diferentes gestos. De este modo, el dispositivo se vuelve más eficaz reconociendo gestos y comandos y descartando activaciones falsas con mayor uso.

Beneficios del nuevo sensor de tela

El sensor introduce una serie de beneficios que lo convierten en una opción ideal para su uso en wearables y otros escenarios. La capacidad de transformar la ropa en un controlador abre infinitas posibilidades en términos de moda, interacción con dispositivos cotidianos y mucho más. También abre la puerta a una mayor integración en entornos de ciudades inteligentes.

Imagina que tu ropa se comunique con el mundo que te rodea. Esta tecnología podría permitir, algún día, cambiar de canal al presionar tu sofá o reproducir tu canción favorita al tocar el borde de tu sombrero. También podría permitir que los médicos sean más receptivos o que los soldados mantengan contacto con otros. Los beneficios de esta tecnología siguen destacándose.

Miniaturización

Estos sensores son diminutos y pueden ayudar a avanzar en múltiples sectores como la robótica, la aeroespacial y la exploración marina. La naturaleza ligera y flexible de estos dispositivos los hace ideales también para robots no conformes. Los robots no conformes son aquellos que no poseen una estructura rígida. Son útiles cuando se necesita un robot que pueda adaptarse para pasar por grietas y hendiduras.

Energía triboeléctrica

Uno de los principales beneficios del sensor triboeléctrico es que se auto‑carga. Los sensores triboeléctricos son conocidos por sus diseños simplistas y su sensibilidad, lo que los hace ideales para este uso. Estos sensores utilizan carga estática durante el movimiento entre las capas para mantenerse alimentados. Por lo tanto, nunca necesitan ser recargados.

Uso versátil

La versatilidad de este nuevo diseño de sensor no puede pasarse por alto. La consistencia añadida y la capacidad de reconocer diferentes tipos de entradas hacen del proyecto un gran éxito. Además, las opciones de personalización sitúan la creación del investigador en una categoría propia.

Ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte

El equipo detrás del proyecto estaba formado por Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao y Rong Yin. La investigación, el desarrollo y las pruebas se llevaron a cabo en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. Ahora, el equipo busca profundizar su investigación en sensores textiles basados en triboelectricidad y promover la adopción de wearables.

Fase de pruebas

Las pruebas del proyecto demostraron la flexibilidad y el potencial del desarrollo. Para probar el proyecto, los investigadores crearon un reproductor de música personalizado que aceptaba entradas BT. El reproductor fue diseñado específicamente para aceptar funciones centrales fijas que estaban vinculadas a gestos correlacionados en el sensor.

Los ingenieros pudieron reproducir, pausar, saltar pistas y ajustar el volumen usando el sensor. Los resultados demostraron que el concepto era viable. Además, obtuvo mejores resultados de lo esperado. Los ingenieros pudieron usar el dispositivo para jugar y incluso introducir contraseñas cuando fuera necesario. Ahora, el interés en esta investigación ha aumentado debido a sus posibles aplicaciones.

Aplicaciones potenciales

Existen muchas aplicaciones para esta tecnología. Los sensores textiles pueden reducir el peso, mejorar la capacidad de respuesta y proporcionar retroalimentación valiosa del sensor cuando sea necesario. En consecuencia, el concepto de contar con controladores wearables tiene el potencial de revolucionar numerosas industrias.

Cuidado de la salud

El cuidado de la salud es uno de los sectores que podría utilizar esta tecnología para ofrecer un mejor servicio. Muchos pacientes deben llevar equipos de monitoreo y necesitan algún tipo de mecanismo de alerta a su lado. La introducción de sensores basados en textiles podría permitir a estas personas desenvolverse durante el día con mayor libertad.

Además, estos sistemas podrían ser utilizados por profesionales médicos. Algunos sistemas pueden solicitar ciertos artículos o generar alertas cuando sea necesario. Los pacientes podrían usar batas que proporcionen datos vitales sobre su salud o movimiento. Asimismo, cuando se combina con sensores RF e IoT y otras opciones, esta tecnología abre la puerta a un nuevo nivel de capacidades de monitoreo de pacientes.

Deportes

La industria deportiva es otro mercado que podría utilizar esta tecnología para mejorar sus ofertas. Ya se ha integrado de forma constante sensores en grandes ligas deportivas para mejorar las decisiones de los árbitros y otros aspectos vitales del juego. Ahora, estos sensores ligeros podrían permitir capacidades mejoradas de monitoreo de atletas.

Moda

La industria de la moda ha estado durante mucho tiempo a la vanguardia de la tecnología wearable. Muchos intentos de crear wearables útiles fracasaron simplemente porque no eran elegantes o cómodos. La introducción de sensores textiles alimentados por triboelectricidad cambia el juego y permite a los diseñadores integrar la tecnología de forma fluida en sus creaciones.

Militar

Las aplicaciones militares de esta tecnología siguen surgiendo. Ya existen discusiones sobre el uso de la tecnología para añadir controles de drones a los uniformes de los soldados junto con una gran cantidad de otros sensores. El soldado del futuro pesará menos pero podrá lograr muchas veces más que su predecesor.

El ejército podría utilizar esta tecnología también para sistemas de verificación como contraseñas y verificación de identidad. Podrías ver a soldados acercándose a una puerta y un sensor mostrando su identificación, verificándola al tocar un sensor en su uniforme. Incluso podrían añadir información adicional o navegar por un menú complejo sin nada más que su ropa.

Empresas que podrían beneficiarse de esta tecnología

El mercado de wearables sigue en auge. Probablemente conozcas a los principales competidores como Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) y Fitbit. Estas empresas han ofrecido durante mucho tiempo tecnología wearable en forma de relojes u otros dispositivos con sensores para monitorizar aspectos de tu salud. Aquí hay algunas otras compañías que están haciendo movimientos en el mercado de wearables.

Augmedix

Augmedix es un proveedor de atención impulsado por IA. La empresa integra tecnología wearable para ayudar a los conductores de ambulancias a conectarse con otras reacciones de atención médica cuando sea necesario. El dispositivo conecta a todos los profesionales con la clínica cuando se requiere.

Augmedix se fundó en 2022 para ayudar a aliviar ineficiencias en el sector de la salud y promover procesos de atención mejores. Actualmente la red ofrece una variedad de dispositivos útiles, incluida la digitalización de conversaciones naturales entre clínico y paciente. Este enfoque permite que estas conversaciones se añadan en tiempo real como datos médicos útiles.

UA HealthBox

UA HealthBox es una aplicación de monitoreo de fitness diseñada para ayudar a los usuarios a medir su progreso y bienestar. El programa cuenta con el respaldo del fabricante de smartphones HTC. La empresa tomó sus muchos años de desarrollo de procesamiento y los ha enfocado en crear wearables potentes con éxito.

El futuro de los wearables es prometedor

Los avances en la tecnología wearable llegan rápidamente. Ya, los dispositivos alimentados por energía solar y los wearables autoalimentados están preparados para entrar al mercado en masa. Estas opciones sostenibles integrarán soluciones de IA para ofrecer un nuevo nivel de interactividad con tu entorno digital. Además, esta tecnología puede combinarse con AR y VR para crear una fusión perfecta entre los mundos digital y real.

La IA descentralizada es el futuro de los wearables

Los sistemas de IA, al igual que otras aplicaciones Web2, han comenzado a migrar a formatos Web3. Estos nuevos ecosistemas de IA descentralizada pueden recopilar más datos de los nodos de la red en tiempo real. Como tal, están mejor preparados para ayudar a crear grandes modelos para wearables en el futuro.

Es una cosa cuando tu wearable con IA ayuda a monitorizar tu salud. Es otra historia cuando utiliza datos de todos los demás usuarios para reconocer patrones de salud en regiones y otras estadísticas cruciales que ayudarían a identificar riesgos antes. Lo mejor de todo es que estos dispositivos se están creando cada vez más para ser autoalimentados, lo que los convierte en una alternativa sostenible.

El sensor triboeléctrico marca un hito en la tecnología wearable

Hasta hace poco, la mayoría de los wearables eran relojes, anillos u otros dispositivos que podían soportar una placa de procesamiento rígida y grande o un controlador. Gracias a la creatividad e ingenio de estos ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, tu ropa podría volverse mucho más útil en el futuro. Al menos, los wearables de próxima generación mejorarán tus interacciones y abrirán la puerta a una revolución de moda/tecnología.

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