Triboelectric-antureiden odotetaan näyttelevän roolia seuraavan sukupolven kannettavissa laitteissa

Ryhmän kekseliäitä insinöörejä NC State Universitysta esitteli äskettäin triboelectric-kirjontapohjaisen anturin, joka voisi mullistaa tapasi olla vuorovaikutuksessa maailman kanssa. Tämä luomus on paljon enemmän kuin kauko-ohjain ommeltuna suosikkupaitasi. Tutkijat onnistuivat tekemään saumattoman ohjausjärjestelmän, joka on kudottu kankaaseen niin, että se on käyttäjälle huomaamaton.

Kuvittele käveleväsi uuteen autoosi ja käyttäväsi paitaa sen avaamiseen ja käynnistämiseen kädenliikkeillä. Tämä tekniikka saattaa kuulostaa futuristiselta tänään, mutta näiden insinöörien kehitysten ansiosta se on jo mahdollista. Tässä on syitä, miksi tämä kehitys voi vaikuttaa merkittävästi elämääsi.

Kannettavat elektroniikat

Jotta ymmärtäisimme tutkijoiden työn merkityksen, on tärkeää tarkastella kannettavien markkinoita ja niiden kehitystä. Siitä lähtien kun ensimmäiset elektroniikat ja puhelimet tulivat, luovat ovat haaveilleet vaatteista, joihin on upotettu futuristista teknologiaa. Ajattele 70‑luvun Star Trek -hahmoja naputtamassa viestintälaitettaan rinnastaan ja puhumassa aluksen ohjaamoon. Myös tänä päivänä markkinat kukoistavat, ja yksinkertaiset ratkaisut, kuten integroidut puhelimen latauslaitteet ja Bluetooth‑kaiuttimet, yleistyvät.

Lähde – ZEROi Smarthat

Eksponentiaalinen kasvupotentiaali

Tänään markkinoita pidetään nopeasti kasvavana sektorina teknologia‑alalla. Markets and Marketsin tutkijoiden julkaisema raportti osoitti, että globaali kannettavien teknologian markkinakoko on ennustettu saavuttavan 265,4 miljardia dollaria vuoteen 2026 mennessä. Tiedot näyttivät, että markkinat laajenivat 18,0 %:n CAGR‑kasvulla ja kasvoivat jopa 45 % vuosina 2021–2022.

Vaatteet kehittyneet

Kannettavien markkinoilla on monia alasektoreita. Tutkijat keskittyivät erityisesti älytekstiiliksiin. He pyrkivät yhdistämään tekstiilit ja elektroniikan tavalla, joka tekee integraatiosta käyttäjän näkökulmasta huomaamattoman sekä ulkonäöltään että tuntumaltaan. Samalla käyttäjä voi nauttia lisätoiminnoista.

Tekstiilipohjaiset ihmisen‑kone‑rajapinnat muuntavat osan vaatteistasi ohjaimiksi. Kuvittele pyyhkäiseväsi takkia vastataksesi puhelimeen tai koskettavasi hattua sytyttääksesi valon. Kaikki nämä vaihtoehdot ja paljon muuta ovat mahdollisia kankaassa olevien antureiden avulla. Tässä on, miten tutkijat onnistuivat tekemään vaatteista napautettavia.

Insinöörien kohtaamat haasteet

Tiimin täytyi voittaa monia haasteita saadakseen kankaan napautettavaksi. Yksi haaste oli se, että perinteiset ompelumenetelmät perustuvat yleensä 2‑dimen­tionaalisiin suunnitelmiin, eivätkä ne sovellu anturiin, joka vaatii kosketuspisteiden väliin aukkoja.

Triboelectric-anturi

Voittaakseen tämän rajoituksen tiimi loi uuden langan. He havaitsivat, että polyvinyylideenifluoridi‑trifluoroeteeni (PVDF‑TrFE) –nanomikro‑kuitu‑kääritty johtava lanka sekä polyuretaanilla (PU) päällystetty polyesteri‑kuparilanka pitävät anturin kosketuspisteet erillään ilman, että kankaan joustavuus tai tuntuma muuttuu.

Epätarkat anturit

Epätarkat anturit ovat merkittävä ongelma kannettavissa laitteissa. Päivittäiset toiminnot ja kestävyysvaatimukset tekevät näistä laitteista alttiita vikaantumiselle ja vääriin laukaisuihin. Väärät eleet ja muut viestintävirheet ovat yleisiä, kun anturi on jatkuvasti käyttäjän ulottuvilla. Lisäksi ympäristötekijät voivat aiheuttaa anturin antavan virheellisiä lukemia tai vääriä kosketuksia.

Estääkseen vääriä anturilaukaisijoita tutkimusryhmä päätti erottaa napin vastakkaisesti varautuneet kerrokset etäisyysvälillä. Tämä lähestymistapa auttoi tekemään herkkyydestä hallittavan. Se mahdollisti myös testien suorittamisen eri etäisyyksillä optimaalisen asettelun löytämiseksi.

Triboelectric‑suunnitteluvaihe

Laitteisto koostuu triboelectric‑nanogeneraattoripohjaisista antureista, jotka muodostuvat kahdesta vastakkaisesti varautuneesta kerroksesta. Tämä rakenne, yhdessä kehitetyn langan kanssa, tarjoaa luotettavan ja pehmeän anturin, joka säilyttää tavallisen kankaan mukavuuden.

AI‑integraatio

Anturissa on mikropiiri, jonka ainoa tarkoitus on tulkita anturista tulevia data‑syötteitä. Tämä mikropiiri sisältää integroidun AI‑protokollan, joka hyödyntää kehittyneitä koneoppimisalgoritmeja. Tämä AI‑malli on suunniteltu erityisesti estämään vääriä aktivointeja ja eleiden väärintulkintaa. Se mahdollistaa laitteen rekisteröimään toimintoja, kuten pyyhkäisyjä.

AI‑malli parantaa merkittävästi laitteen suorituskykyä ja toiminnallisuutta. Se myös antaa kehittäjille mahdollisuuden ohjelmoida laaja valikoima ohjeita erilaisille eleille. Näin laite oppii tunnistamaan eleet ja komennot paremmin ja hylkää vääriä aktivointeja yhä tarkemmin.

Uuden kankaan anturin hyödyt

Anturi tuo mukanaan joukon etuja, jotka tekevät siitä ihanteellisen vaihtoehdon kannettavien ja muiden käyttötapausten yhteydessä. Vaatteiden muuntaminen ohjaimiksi avaa loputtomia mahdollisuuksia muodin, päivittäisten laitteiden ja paljon muun suhteen. Se avaa myös ovia laajempaan integraatioon älykkäissä kaupungeissa.

Kuvittele vaatteidesi kommunikoivan ympäristön kanssa. Tämä teknologia voisi mahdollistaa kanavien vaihtamisen painamalla sohvaa tai lempikappaleen toistamisen napauttamalla hatun lieriä. Se voisi myös auttaa lääkäreitä reagoimaan nopeammin tai sotilaita pysymään yhteydessä toisiinsa. Teknologian hyödyt erottuvat selvästi.

Miniaturisaatio

Nämä anturit ovat pieniä ja voivat edistää useita sektoreita, kuten robotiikkaa, avaruustekniikkaa ja meritutkimusta. Laitteiden kevyt ja joustava luonne tekee niistä ihanteellisia myös ei‑perinteisille roboteille. Ei‑perinteiset robotit ovat robotteja, joilla ei ole jäykkää rakennetta. Ne ovat hyödyllisiä, kun tarvitaan robotti, joka voi mukautua kulkemaan halkeamien ja kapeiden tilojen läpi.

Triboelectric-energia

Yksi triboelectric‑anturin tärkeimmistä eduista on sen itsevarauskyky. Triboelectric‑antureita tunnetaan yksinkertaisesta rakenteestaan ja herkkyydestään, mikä tekee niistä ihanteellisia tähän käyttöön. Nämä anturit hyödyntävät staattista varausta kerrosten liikkeen aikana pysyäkseen virrassa. Näin ne eivät koskaan tarvitse lataamista.

Monipuolinen käyttö

Tämän uuden anturijärjestelyn monipuolisuutta ei voi sivuuttaa. Lisääntynyt johdonmukaisuus ja kyky tunnistaa erilaisia syötteitä tekevät projektista suuren menestyksen. Lisäksi räätälöintimahdollisuudet asettavat tutkijoiden luomuksen omalle luokalleen.

NC State University -insinöörit

Projektin takana toimivat Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao ja Rong Yin. Tutkimus, kehitys ja testaus toteutettiin NC State Universityssa. Nyt tiimi pyrkii jatkamaan triboelectric‑pohjaisten tekstiili‑antureiden tutkimusta ja edistämään kannettavien omaksumista.

Testausvaihe

Projektin testaus osoitti kehityksen joustavuuden ja potentiaalin. Testausta varten tutkijat loivat räätälöidyn musiikkisoittimen, joka vastaanotti BT‑syötteitä. Soitin suunniteltiin erityisesti vastaanottamaan kiinteitä ydin­toimintoja, jotka yhdistettiin anturin vastaaviin eleisiin.

Insinöörit pystyivät toistamaan, pysäyttämään, ohittamaan kappaleita ja säätämään äänenvoimakkuutta anturin avulla. Tulokset vahvistivat konseptin toteutettavuuden. Lisäksi tulokset ylittivät odotukset. Insinöörit pystyivät käyttämään laitetta myös pelien pelaamiseen ja jopa salasanojen syöttämiseen tarvittaessa. Nyt kiinnostus tähän tutkimukseen on kasvanut sen potentiaalisten sovellusten vuoksi.

Mahdolliset sovellukset

Tälle teknologialle on lukuisia sovelluksia. Tekstiili‑anturit voivat keventää painoa, parantaa reagointikykyä ja tarjota arvokasta anturipalautetta tarpeen mukaan. Näin ollen kannettavien ohjainten käsite voi mullistaa monia teollisuudenaloja.

Terveydenhuolto

Terveydenhuolto on yksi sektori, joka voisi hyödyntää tätä teknologiaa parempien palveluiden tarjoamiseksi. Monet potilaat joutuvat käyttämään valvontalaitteita ja tarvitsevat jonkinlaisen hälytysmekanismin lähellään. Tekstiilipohjaisten antureiden käyttöönotto voisi antaa näille henkilöille enemmän vapautta päivittäisessä liikkumisessa.

Lisäksi näitä järjestelmiä voisivat käyttää terveydenhuollon ammattilaiset. Jotkut järjestelmät voivat pyytää tiettyjä tarvikkeita tai antaa hälytyksiä tarpeen mukaan. Potilaat voisivat käyttää haalareita, jotka tarjoavat elintärkeitä tietoja heidän terveydestään tai liikkeistään. Yhdistettynä RF‑ ja IoT‑antureihin sekä muihin vaihtoehtoihin, tämä teknologia avaa oven uudelle tasolle potilasvalvonnassa.

Urheilu

Urheilualalla on jo vakiintunut antureiden integrointi suuriin liigoihin, mikä parantaa tuomareiden päätöksiä ja muita pelin keskeisiä näkökohtia. Nyt nämä kevyet anturit voivat mahdollistaa entistä tarkemman urheilijoiden valvonnan.

Muoti

Muotiteollisuus on pitkään ollut kannettavan teknologian eturintamassa. Monet yritykset ovat epäonnistuneet, koska tuotteet eivät olleet tyylikkäitä tai mukavia. Triboelectric‑virralla toimivat tekstiili‑anturit muuttavat pelin ja antavat suunnittelijoille mahdollisuuden integroida teknologiaa saumattomasti luomuksiinsa.

Sotilas

Sotilassovelluksia tälle teknologialle syntyy jatkuvasti. Keskusteluja käydään jo sen käytöstä drone‑ohjauksen lisäämiseksi sotilaiden univormiin yhdessä lukuisten muiden antureiden kanssa. Tulevaisuuden sotilas on kevyempi, mutta pystyy suorittamaan moninkertaisesti enemmän kuin edeltäjänsä.

Sotilaat voisivat käyttää tätä teknologiaa myös vahvistusjärjestelmiin, kuten salasanoihin ja henkilöllisyyden tarkistuksiin. Kuvittele sotilaat kävelevän portille, jonka anturi hakee heidän henkilötietonsa ja he vahvistavat sen napauttamalla anturia univormassaan. He voisivat myös lisätä lisätietoja tai navigoida monimutkaista valikkoa pelkästään vaatteillaan.

Yritykset, jotka voisivat hyötyä tästä teknologiasta

Kannettavien markkinat kuumenevat jatkuvasti. Tiedät todennäköisesti suurimmat kilpailijat, kuten Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) ja Fitbit. Nämä yritykset ovat pitkään tarjonneet kannettavaa teknologiaa kellojen tai muiden antureilla varustettujen laitteiden muodossa, jotka seuraavat terveytesi eri osa‑alueita. Tässä on joitakin muita yrityksiä, jotka tekevät liikkeitä kannettavien markkinoilla.

Augmedix

Augmedix on AI‑pohjainen hoitopalveluntarjoaja. Yritys integroi kannettavaa teknologiaa auttaakseen ambulanssikuskeja yhdistämään muut terveydenhuollon reaktiot tarvittaessa. Laite yhdistää kaikki ammattilaiset klinikkaan tarpeen mukaan.

Augmedix perustettiin vuonna 2022 helpottamaan terveydenhuollon tehottomuuksia ja edistämään parempia hoitoprosesseja. Verkko tarjoaa tällä hetkellä laajan valikoiman hyödyllisiä laitteita, mukaan lukien luonnollisten kliinikko‑potilas‑keskustelujen digitalisointi. Tämä lähestymistapa mahdollistaa näiden keskustelujen lisäämisen reaaliaikaisesti hyödyllisinä lääketieteellisinä tietona.

UA HealthBox

UA HealthBox on kuntoilun seurantasovellus, jonka tarkoituksena on auttaa käyttäjiä mittaamaan edistymistään ja hyvinvointiaan. Ohjelman tukena on kerran aikansa älypuhelinvalmistaja HTC. Yritys on hyödyntänyt vuosien prosessikehitystä luodakseen tehokkaita kannettavia laitteita menestyksekkäästi.

Kannettavien tulevaisuus on valoisa

Kannettavan teknologian edistysaskeleet tapahtuvat nopeasti. Jo aurinkovoimaiset ja itsevirtaavat kannettavat tuotteet valmistautuvat massamarkkinoille. Nämä kestävämmät vaihtoehdot integroituvat AI‑ratkaisuihin tarjoten uuden tason vuorovaikutusta digitaalisen ympäristön kanssa. Lisäksi tämä teknologia voi yhdistyä AR‑ ja VR‑ratkaisuihin luoden saumattoman yhdistelmän digitaalisesta ja todellisesta maailmasta.

Hajautettu AI on kannettavien tulevaisuus

AI‑järjestelmät, kuten muut Web2‑sovellukset, ovat alkaneet siirtyä Web3‑muotoihin. Nämä uudet hajautetut AI‑ekosysteemit voivat kerätä enemmän dataa verkon solmuista reaaliajassa. Näin ne soveltuvat paremmin suurten mallien luomiseen kannettaville laitteille tulevaisuudessa.

On yksi asia, kun AI‑kannettava laitteesi auttaa seuraamaan terveyttäsi. Toinen tarina on, kun se käyttää kaikkien muiden käyttäjien dataa tunnistaakseen terveyskuvioita alueilla ja muita keskeisiä tilastoja, jotka auttavat havaitsemaan riskit aikaisemmin. Parasta on, että nämä laitteet suunnitellaan yhä itsevirtaaviksi, mikä tekee niistä kestävän vaihtoehdon.

Triboelectric-anturi merkitsee virstanpylvästä kannettavien tekniikassa

Vasta äskettäin suurin osa kannettavista oli kelloja, sormuksia tai muita laitteita, jotka pystyivät tukemaan jäykkää ja suurta prosessorilevyä tai ohjainta. NC State Universityn insinöörien luovuuden ja kekseliäisyyden ansiosta vaatteesi voivat tulevaisuudessa olla paljon hyödyllisempiä. Vähintäänkin seuraavan sukupolven kannettavat laitteet parantavat vuorovaikutustasi ja avaavat oven muoti‑/teknologiavallankumoukseen.

Learn About Other Cool Tech Now