I sensori triboelettrici destinati a svolgere un ruolo nei wearable di nuova generazione

Un gruppo di ingegneri inventivi della NC State University ha recentemente presentato un sensore basato su ricamo triboelettrico che potrebbe rivoluzionare il modo in cui interagisci con il mondo. Questa creazione è molto più di un telecomando cucito nel tuo maglione preferito. I ricercatori sono riusciti a realizzare un sistema di controllo senza soluzione di continuità intrecciato nel tessuto in modo da risultare impercettibile per chi lo indossa.

Immagina di avvicinarti alla tua nuova auto e di usare la tua maglietta per sbloccare il veicolo e avviarlo con gesti della mano. Questa tecnologia può sembrare futuristica oggi, ma grazie agli sviluppi realizzati da questi ingegneri è già possibile. Ecco perché questo sviluppo potrebbe avere un impatto significativo sulla tua vita.

Wearable Electronics

Per comprendere l’importanza del lavoro dei ricercatori, è fondamentale osservare il mercato dei dispositivi indossabili e la sua evoluzione. Fin dai primi dispositivi elettronici e telefoni, i creativi hanno sognato abiti impregnati di tecnologia futuristica. Pensa ai membri di Star Trek degli anni ’70 che toccavano il loro comunicatore sul petto e parlavano con il ponte della nave. Anche oggi il mercato è in crescita, con design semplici come caricabatterie integrati e altoparlanti Bluetooth che diventano sempre più comuni.

Fonte – ZEROi Smarthat

Exponential Growth Potential

Oggi, il mercato è considerato un settore in rapida crescita all’interno dell’industria tecnologica. Un rapporto pubblicato da ricercatori di Markets and Markets ha rivelato che la dimensione del mercato globale della tecnologia indossabile dovrebbe raggiungere 265,4 miliardi di dollari entro il 2026. I dati hanno mostrato che il mercato si sta espandendo con un CAGR (tasso di crescita annuale composto) del 18,0% e ha registrato una crescita fino al 45% durante il periodo 2021‑2022.

Clothing Evolved

Ci sono molte sottosezioni all’interno del mercato dei wearable. Quella su cui questi ricercatori hanno deciso di concentrarsi è l’industria dei tessuti intelligenti. Hanno cercato di fondere i tessuti con l’elettronica in modo che l’integrazione fosse impercettibile per chi lo indossa, sia nell’aspetto che nella sensazione. Tuttavia, l’utente può beneficiare di funzionalità aggiuntive.

Le interfacce uomo-macchina basate su tessuti trasformano parti del tuo abbigliamento in controlli. Immagina di scorrere il tuo maglione per rispondere al telefono o di toccare il tuo cappello per accendere una luce. Tutte queste opzioni e molto di più sono possibili grazie ai sensori tessili. Ecco come i ricercatori sono riusciti a rendere i vestiti cliccabili.

Challenges Engineers Faced

Il team ha dovuto superare molte sfide per rendere il tessuto cliccabile. Innanzitutto, i metodi tradizionali di ricamo dei tessuti sono solitamente basati su design 2D. Di conseguenza, non erano adatti a supportare un sensore che richiedeva spazi tra i contatti.

Sensore Triboelettrico

Per superare questa limitazione, il team ha creato un nuovo filato. Il team ha scoperto che il filato conduttivo avvolto da nano‑microfibre di fluoruro di vinilidenio‑trifluoroetilene (PVDF‑TrFE) e il filato di poliestere‑rame rivestito in poliuretano (PU) erano sufficienti a mantenere i contatti del sensore separati senza alterare la flessibilità del tessuto.

Inaccurate Sensors

I sensori inaccurati rappresentano un problema importante per i wearable. Le attività quotidiane e i requisiti di durata di questi dispositivi li rendono soggetti a guasti e attivazioni false. Gesti errati e altre incomprensioni sono comuni quando l’integrazione del sensore è sempre a portata di mano. Inoltre, fattori ambientali possono far sì che un sensore fornisca letture errate o contatti falsi.

Per prevenire attivazioni false del sensore, il team di ricerca ha deciso di inserire uno spaziatore tra gli strati carichi oppostamente del pulsante. Questo approccio ha aiutato a rendere la sensibilità controllabile. Ha anche permesso ai ricercatori di effettuare test a diverse distanze di spazio per individuare la configurazione ottimale.

Triboelectric Design Phase

Il dispositivo è costituito da sensori basati su nanogeneratori triboelettrici che consistono in due strati carichi opposti. Questa struttura, combinata con il filato che hanno creato, fornisce un sensore affidabile e morbido al tatto che mantiene il comfort di un tessuto normale.

AI Integration

Il sensore è dotato di un microchip il cui unico scopo è decodificare i dati in ingresso dal sensore. Questo microchip ha un protocollo AI integrato che sfrutta algoritmi avanzati di machine learning. Questo modello AI è stato creato specificamente per prevenire attivazioni false e letture errate dei gesti. Consente al dispositivo di registrare azioni come lo scorrimento.

Il modello AI migliora notevolmente le prestazioni e la funzionalità del dispositivo. Inoltre permette agli sviluppatori di programmare una gamma di istruzioni su una varietà di gesti. In tal modo, il dispositivo diventa più efficace nel riconoscere gesti e comandi e nel ignorare le attivazioni false con l’uso continuato.

Benefits of the New Fabric Sensor

Il sensore introduce una serie di vantaggi che lo rendono un’opzione ideale per l’uso nei wearable e in altri scenari d’uso. La capacità di trasformare l’abbigliamento in un controller apre infinite possibilità in termini di moda, interazione con i dispositivi quotidiani e molto altro. Inoltre apre la porta a una maggiore integrazione negli ambienti delle smart city.

Immagina il tuo abbigliamento che comunica con il mondo intorno a te. Questa tecnologia potrebbe rendere possibile, un giorno, cambiare canale premendo il tuo divano o riprodurre la tua canzone preferita toccando il bordo del tuo cappello. Potrebbe anche consentire ai medici di essere più reattivi o ai soldati di rimanere in contatto con gli altri. I benefici di questa tecnologia continuano a distinguersi.

Miniaturization

Questi sensori sono minuscoli e possono contribuire a far progredire diversi settori come la robotica, l’aerospaziale e l’esplorazione marina. La natura leggera e flessibile di questi dispositivi li rende ideali anche per l’uso in robot non conformi. I robot non conformi sono robot che non hanno una struttura rigida. Sono utili quando è necessario un robot che possa adattarsi per passare attraverso fessure e crepe.

Triboelectric Power

Uno dei principali vantaggi del sensore triboelettrico è che si auto‑carica. I sensori triboelettrici sono noti per i loro design semplicistici e la sensibilità, rendendoli ideali per questo utilizzo. Questi sensori utilizzano la carica statica generata dal movimento tra gli strati per rimanere alimentati. Pertanto, non hanno mai bisogno di essere ricaricati.

Versatile Use

La versatilità di questo nuovo layout di sensore non può essere ignorata. La maggiore coerenza e la capacità di riconoscere diversi tipi di input rendono il progetto un grande successo. Inoltre, le opzioni di personalizzazione collocano la creazione dei ricercatori in una categoria a sé stante.

NC State University Engineers

Il team dietro il progetto era composto da Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao e Rong Yin. La ricerca, lo sviluppo e i test sono stati ospitati presso la NC State University. Ora, il team cerca di approfondire la ricerca sui sensori tessili basati su triboelettricità e di promuovere l’adozione dei wearable.

Testing Phase

I test del progetto hanno dimostrato la flessibilità e il potenziale dello sviluppo. Per testare il progetto, i ricercatori hanno creato un lettore musicale personalizzato che accettava input BT. Il lettore è stato progettato specificamente per accettare funzioni di base fisse collegate a gesti corrispondenti nel sensore.

Gli ingegneri sono stati in grado di riprodurre, mettere in pausa, saltare tracce e regolare il volume usando il sensore. I risultati hanno dimostrato che il concetto era fattibile. Inoltre, ha prodotto risultati migliori del previsto. Gli ingegneri hanno potuto utilizzare il dispositivo per giocare e persino inserire password quando necessario. Ora, l’interesse per questa ricerca è aumentato grazie alle sue potenziali applicazioni.

Potential Applications

Ci sono molte applicazioni per questa tecnologia. I sensori tessili possono ridurre il peso, migliorare la reattività e fornire feedback sensoriali preziosi quando necessario. Di conseguenza, il concetto di avere controller indossabili ha il potenziale di rivoluzionare molti settori.

Healthcare

L’assistenza sanitaria è uno dei settori che potrebbe utilizzare questa tecnologia per fornire un servizio migliore. Molti pazienti devono indossare apparecchiature di monitoraggio e hanno bisogno di qualche tipo di meccanismo di allerta al loro fianco. L’introduzione di sensori basati su tessuto potrebbe consentire a queste persone di gestire la loro giornata con maggiore libertà.

Inoltre, questi sistemi potrebbero essere utilizzati dai professionisti medici. Alcuni sistemi possono richiedere determinati oggetti o inviare avvisi quando necessario. I pazienti potrebbero indossare camici che forniscono statistiche vitali sulla loro salute o movimento. Inoltre, combinata con sensori RF e IoT e altre opzioni, questa tecnologia apre la porta a un nuovo livello di capacità di monitoraggio dei pazienti.

Sports

L’industria sportiva è un altro mercato che potrebbe utilizzare questa tecnologia per migliorare le proprie offerte. È già avvenuta un’integrazione costante di sensori nelle grandi leghe sportive per migliorare le decisioni arbitrali e altri aspetti vitali del gioco. Ora, questi sensori leggeri potrebbero consentire capacità di monitoraggio degli atleti più avanzate.

Fashion

L’industria della moda è da tempo in prima linea nella tecnologia indossabile. Molti tentativi di creare wearable utili sono falliti semplicemente perché non erano alla moda o confortevoli. L’introduzione di sensori tessili alimentati da triboelettricità cambia le regole del gioco e consente ai designer di integrare senza soluzione di continuità la tecnologia nelle loro creazioni.

Military

Le applicazioni militari per questa tecnologia continuano a emergere. Già ci sono discussioni sull’uso della tecnologia per aggiungere controlli di droni alle uniformi dei soldati insieme a una moltitudine di altri sensori. Il soldato del futuro peserà meno ma sarà in grado di compiere molte volte più operazioni rispetto al suo predecessore.

L’esercito potrebbe utilizzare questa tecnologia anche per sistemi di verifica come password e verifica dell’identità. Si potrebbero vedere soldati che si avvicinano a un cancello e un sensore che recupera la loro ID, verificandola toccando un sensore sulla loro uniforme. Potrebbero anche aggiungere informazioni aggiuntive o navigare un menu complesso usando solo il loro abbigliamento.

Companies that Could Benefit from this Tech

Il mercato dei wearable continua a riscaldarsi. Probabilmente sei a conoscenza dei principali concorrenti come Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) e Fitbit. Queste aziende offrono da tempo tecnologia indossabile sotto forma di orologi o altri dispositivi con sensori per monitorare aspetti della tua salute. Ecco alcune altre aziende che stanno facendo mosse nel mercato dei wearable.

Augmedix

Augmedix è un fornitore di assistenza basato sull’IA. L’azienda integra la tecnologia indossabile per aiutare gli autisti di ambulanze a connettersi con altre risposte sanitarie quando necessario. Il dispositivo collega tutti i professionisti con la clinica quando necessario.

Augmedix è stata fondata nel 2022 per contribuire a ridurre le inefficienze nel settore sanitario e promuovere processi di assistenza migliori. Attualmente la rete offre una gamma di dispositivi utili, inclusa la digitalizzazione delle conversazioni naturali tra clinico e paziente. Questo approccio consente di aggiungere queste conversazioni in tempo reale come dati medici utili.

UA HealthBox

UA HealthBox è un’app di monitoraggio del fitness progettata per aiutare gli utenti a misurare i loro progressi e il benessere. Il programma è supportato dal produttore di smartphone HTC, un tempo leader del settore. L’azienda ha sfruttato i suoi molti anni di sviluppo di processori e li ha concentrati nella creazione di wearable potenti con successo.

The Future of Wearables is Bright

I progressi nella tecnologia wearable stanno arrivando rapidamente. Già, dispositivi wearable alimentati a energia solare e autoalimentati sono pronti a entrare sul mercato in massa. Queste opzioni sostenibili integreranno soluzioni AI per fornire un nuovo livello di interattività con il tuo ambiente digitale. Inoltre, questa tecnologia può combinarsi con AR e VR per creare una fusione senza soluzione di continuità tra i mondi digitale e reale.

Decentralized AI is the Future of Wearables

I sistemi AI, come altre applicazioni Web2, hanno iniziato a migrare verso formati Web3. Questi nuovi ecosistemi AI decentralizzati possono raccogliere più dati dai nodi della rete in tempo reale. Pertanto, sono più adatti ad aiutare a creare grandi modelli per i wearable in futuro.

È una cosa quando il tuo wearable AI aiuta a monitorare la tua salute. È un’altra storia quando utilizza i dati di tutti gli altri utenti per riconoscere pattern di salute nelle regioni e altre statistiche cruciali che aiuterebbero a identificare i rischi in anticipo. Il meglio di tutto è che questi dispositivi sono sempre più progettati per essere autoalimentati, rendendoli un’alternativa sostenibile.

The Triboelectric Sensor Marks a Milestone in Wearables Tech

Fino a poco tempo fa, la maggior parte dei wearable erano orologi, anelli o altri oggetti che potevano supportare una scheda di elaborazione o un controller rigido e voluminoso. Grazie alla creatività e all’ingegnosità di questi ingegneri della NC State University, i tuoi vestiti potrebbero diventare molto più utili in futuro. Almeno, i wearable di nuova generazione miglioreranno le tue interazioni e apriranno la porta a una rivoluzione moda/tecnologia.

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