Triboelectrische sensoren staan klaar om een rol te spelen in wearables van de volgende generatie

Een groep inventieve ingenieurs van de NC State University heeft onlangs een triboelectrisch op borduurwerk gebaseerd sensor onthuld die de manier waarop je met de wereld interacteert kan revolutioneren. Deze creatie is veel meer dan een afstandsbediening die in je favoriete trui is genaaid. De onderzoekers hebben een naadloos controlesysteem in de stof geweven, op een manier die onmerkbaar is voor de drager.

Stel je voor dat je naar je nieuwe auto loopt en je T‑shirt gebruikt om het voertuig te ontgrendelen en te starten op basis van handgebaren. Deze technologie klinkt vandaag misschien futuristisch, maar dankzij de ontwikkelingen van deze ingenieurs is het al mogelijk. Hier is waarom deze ontwikkeling een grote impact op je leven kan hebben.

Wearable Electronics

Om het belang van het werk van de onderzoekers te begrijpen, is het essentieel om naar de wearables‑markt en de evolutie ervan te kijken. Sinds de eerste elektronica en telefoons hebben creatievelingen gedroomd van kleding doordrenkt met futuristische technologie. Denk aan de Star Trek‑personages uit de jaren ’70 die hun communicator op hun borst tikken en met de brug van het schip spreken. Zelfs vandaag bloeit de markt, met eenvoudige ontwerpen zoals geïntegreerde telefoonopladers en Bluetooth‑luidsprekers die steeds vaker voorkomen.

Bron – ZEROi Smarthat

Exponential Growth Potential

Tegenwoordig wordt de markt beschouwd als een snelgroeiende sector binnen de technologiesector. Een rapport, gepubliceerd door onderzoekers van Markets and Markets, onthulde dat de wereldwijde markt voor draagbare technologie naar verwachting $265,4 miljard zal bedragen in 2026. De gegevens toonden aan dat de markt groeide met een CAGR (samengestelde jaarlijkse groei) van 18,0 % en in de periode 2021‑2022 zelfs met 45 % toenam.

Clothing Evolved

Er zijn veel subsectoren binnen de wearables‑markt. De sector waarop deze onderzoekers zich richtten, was de industrie van slimme textiel. Ze wilden textiel combineren met elektronica op een manier die de integratie onmerkbaar maakt voor de drager qua uiterlijk en gevoel. Toch kan de drager profiteren van extra functionaliteit.

Textielgebaseerde mens‑machine‑interfaces veranderen delen van je kleding in bedieningselementen. Stel je voor dat je over je trui veegt om je telefoon te beantwoorden of je hoed aanraakt om een lamp aan te zetten. Al deze opties en nog veel meer zijn mogelijk met stoffen sensoren. Zo hebben de onderzoekers het voor elkaar gekregen om kleding klikbaar te maken.

Challenges Engineers Faced

Het team moest vele uitdagingen overwinnen om de stof klikbaar te maken. Ten eerste zijn de normale methoden voor het borduren van stoffen meestal gebaseerd op 2D‑ontwerpen. Daardoor waren ze niet geschikt om een sensor te ondersteunen die gaten tussen de contacten vereist.

Triboelectrische sensor

Om deze beperking te overwinnen, ontwikkelde het team een nieuw garen. Ze ontdekten dat polyvinylideenfluoride‑trifluoroethyleen (PVDF‑TrFE) nano‑microvezel‑omwikkeld geleidend garen en polyurethaan (PU)‑gecoat polyester‑koper garen voldoende hielden om de sensorcontacten gescheiden te houden zonder het flexibele gevoel van de stof te veranderen.

Inaccurate Sensors

Onnauwkeurige sensoren vormen een groot probleem voor wearables. De alledaagse activiteiten en de duurzaamheidseisen van deze apparaten maken ze vatbaar voor storingen en valse activeringen. Valse gebaren en andere miscommunicaties komen vaak voor wanneer de sensorintegratie altijd binnen bereik is. Ook kunnen omgevingsfactoren ervoor zorgen dat een sensor foutieve metingen of valse contacten levert.

Om valse sensoractiveringen te voorkomen, besloot het onderzoeksteam de tegenovergesteld geladen lagen van de knop te scheiden met een afstandhouder. Deze aanpak maakte de gevoeligheid regelbaar. Het stelde de onderzoekers ook in staat om tests uit te voeren met verschillende afstanden om de optimale opstelling te bepalen.

Triboelectric Design Phase

Het apparaat bestaat uit triboelectrische nanogenerator‑gebaseerde sensoren die uit twee tegenovergesteld geladen lagen bestaan. Deze structuur, gecombineerd met het door hen ontwikkelde garen, levert een betrouwbare en zacht aanvoelende sensor die het comfort van een normale stof behoudt.

AI Integration

De sensor beschikt over een microchip waarvan het enige doel is de gegevensinvoer van de sensor te ontcijferen. Deze microchip heeft een geïntegreerd AI‑protocol dat gebruikmaakt van geavanceerde machine‑learning‑algoritmen. Dit AI‑model is specifiek ontwikkeld om valse activeringen en het verkeerd lezen van gebaren te voorkomen. Het stelt het apparaat in staat acties zoals vegen te registreren.

Het AI‑model verbetert de prestaties en functionaliteit van het apparaat aanzienlijk. Het stelt ontwikkelaars ook in staat een reeks instructies te programmeren voor verschillende gebaren. Hierdoor wordt het apparaat beter in het herkennen van gebaren en commando’s en negeert het valse activeringen naarmate het vaker wordt gebruikt.

Benefits of the New Fabric Sensor

De sensor biedt tal van voordelen die het een ideale optie maken voor gebruik in wearables en andere toepassingsscenario’s. Het vermogen om kleding om te vormen tot een controller opent eindeloze mogelijkheden op het gebied van mode, interactie met alledaagse apparaten en nog veel meer. Het opent ook de deur naar meer integratie in slimme stedelijke omgevingen.

Stel je voor dat je kleding communiceert met de wereld om je heen. Deze technologie zou het mogelijk kunnen maken om op een dag kanalen te veranderen door op je bank te drukken of je favoriete nummer af te spelen door op de rand van je hoed te tikken. Het zou artsen ook kunnen helpen sneller te reageren of soldaten in contact te houden met anderen. De voordelen van deze technologie blijven duidelijk.

Miniaturization

Deze sensoren zijn miniatuur en kunnen meerdere sectoren zoals robotica, lucht- en ruimtevaart en mariene exploratie vooruit helpen. Het lichte en flexibele karakter van deze apparaten maakt ze ook ideaal voor gebruik in niet‑conforme robots. Niet‑conforme robots zijn robots zonder een rigide structuur. Ze zijn nuttig wanneer je een robot nodig hebt die zich kan aanpassen om door kieren en spleten te passen.

Triboelectric Power

Een van de belangrijkste voordelen van de triboelectrische sensor is dat hij zichzelf oplaadt. Triboelectrische sensoren staan bekend om hun eenvoudige ontwerpen en gevoeligheid, waardoor ze ideaal zijn voor dit gebruik. Deze sensoren gebruiken statische lading tijdens beweging tussen de lagen om van stroom te blijven voorzien. Daardoor hoeven ze nooit opgeladen te worden.

Versatile Use

De veelzijdigheid van deze nieuwe sensoropzet kan niet worden genegeerd. De toegevoegde consistentie en het vermogen om verschillende soorten invoer te herkennen maken het project tot een groot succes. Bovendien plaatsen de aanpassingsmogelijkheden de creatie van de onderzoekers in een eigen klasse.

NC State University Engineers

Het team achter het project bestond uit Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao en Rong Yin. Het onderzoek, de ontwikkeling en de tests werden uitgevoerd aan de NC State University. Nu wil het team hun onderzoek naar triboelectrisch gebaseerde textielsensoren verder uitbreiden en de adoptie van wearables stimuleren.

Testing Phase

De projecttests toonden de flexibiliteit en het potentieel van de ontwikkeling aan. Om het project te testen, creëerden de onderzoekers een aangepaste muziekspeler die BT‑invoer accepteerde. De speler was specifiek ontworpen om vaste kernfuncties te accepteren die gekoppeld waren aan overeenkomende gebaren in de sensor.

De ingenieurs konden afspelen, pauzeren, nummers overslaan en het volume aanpassen met de sensor. De resultaten bewezen dat het concept levensvatbaar was. Bovendien leverden ze betere resultaten op dan verwacht. De ingenieurs konden het apparaat gebruiken om games te spelen en zelfs wachtwoorden in te voeren wanneer nodig. Nu is de belangstelling voor dit onderzoek toegenomen vanwege de potentiële toepassingen.

Potential Applications

Er zijn veel toepassingen voor deze technologie. Textielsensoren kunnen het gewicht verlagen, de responsiviteit verbeteren en waardevolle sensorgegevens leveren wanneer dat nodig is. Daardoor heeft het concept van draagbare controllers de potentie om vele industrieën te revolutioneren.

Healthcare

De gezondheidszorg is een van de sectoren die deze technologie kan gebruiken om betere service te bieden. Veel patiënten moeten bewakingsapparatuur dragen en hebben een soort waarschuwingsmechanisme bij zich nodig. De introductie van textielgebaseerde sensoren kan deze individuen in staat stellen hun dag met meer vrijheid te doorlopen.

Bovendien kunnen deze systemen door medische professionals worden gebruikt. Sommige systemen kunnen bepaalde items aanvragen of waarschuwingen geven wanneer dat nodig is. Patiënten zouden overhemden kunnen dragen die vitale statistieken over hun gezondheid of beweging weergeven. Daarnaast, wanneer gecombineerd met RF‑ en IoT‑sensoren en andere opties, opent deze technologie de deur naar een nieuw niveau van patiëntbewakingsmogelijkheden.

Sports

De sportindustrie is een andere markt die deze technologie kan gebruiken om haar aanbod te verbeteren. Er is al een gestage integratie van sensoren in grote sportcompetities om scheidsrechterbeslissingen en andere cruciale aspecten van het spel te verbeteren. Nu kunnen deze lichtgewicht sensoren geavanceerdere mogelijkheden voor atleetmonitoring mogelijk maken.

Fashion

De mode-industrie staat al lange tijd aan de voorhoede van draagbare technologie. Veel pogingen om bruikbare wearables te creëren mislukten simpelweg omdat ze niet modieus of comfortabel waren. De introductie van triboelectrisch aangedreven textielsensoren verandert het spel en stelt ontwerpers in staat om moeiteloos technologie in hun creaties te integreren.

Military

Militaire toepassingen voor deze technologie blijven opduiken. Er wordt al gediscussieerd over het gebruik van de technologie om drone‑besturing toe te voegen aan uniformen van soldaten, naast een overvloed aan andere sensoren. De soldaat van de toekomst zal minder wegen maar veel meer kunnen doen dan zijn voorganger.

Het leger zou deze technologie ook kunnen gebruiken voor verificatiesystemen zoals wachtwoorden en ID‑verificatie. Je zou soldaten naar een poort kunnen zien lopen, waarbij een sensor hun ID ophaalt en ze deze verifiëren door op een sensor op hun uniform te tikken. Ze zouden zelfs extra informatie kunnen toevoegen of een complex menu kunnen navigeren met niets anders dan hun kleding.

Companies that Could Benefit from this Tech

De wearables‑markt blijft opwarmen. Je bent waarschijnlijk bekend met de belangrijkste concurrenten zoals Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) en Fitbit. Deze bedrijven bieden al lange tijd draagbare technologie in de vorm van horloges of andere items met sensoren om aspecten van je gezondheid te monitoren. Hier zijn enkele andere bedrijven die stappen zetten in de wearables‑markt.

Augmedix

Augmedix is een AI‑aangedreven zorgaanbieder. Het bedrijf integreert draagbare technologie om ambulancedochters te helpen in contact te komen met andere zorgreacties wanneer dat nodig is. Het apparaat verbindt alle professionals met de kliniek wanneer dat nodig is.

Augmedix werd opgericht in 2022 om inefficiënties in de gezondheidszorg te verlichten en betere zorgprocessen te stimuleren. Het netwerk biedt momenteel een scala aan nuttige apparaten, waaronder de digitalisering van natuurlijke gesprekken tussen clinici en patiënten. Deze aanpak maakt het mogelijk om deze gesprekken in realtime toe te voegen als nuttige medische gegevens.

UA HealthBox

UA HealthBox is een fitness‑monitoringapp ontworpen om gebruikers te helpen hun voortgang en welzijn te meten. Het programma wordt ondersteund door de ooit toonaangevende smartphonefabrikant HTC. Het bedrijf heeft zijn vele jaren aan verwerkingsontwikkeling ingezet om succesvolle, krachtige wearables te creëren.

The Future of Wearables is Bright

De vooruitgang in draagbare technologie gaat snel. Al zijn zonne‑energie aangedreven en zelf‑aangedreven wearables klaar om massaal de markt te betreden. Deze duurzame opties zullen AI‑oplossingen integreren om een nieuw niveau van interactiviteit met je digitale omgeving te bieden. Bovendien kan deze technologie gecombineerd worden met AR en VR om een naadloze samensmelting van de digitale en de echte wereld te creëren.

Decentralized AI is the Future of Wearables

AI‑systemen, net als andere Web2‑toepassingen, zijn begonnen te migreren naar Web3‑formaten. Deze nieuwe gedecentraliseerde AI‑ecosystemen kunnen in realtime meer gegevens van netwerk‑nodes verzamelen. Hierdoor zijn ze beter geschikt om in de toekomst grote modellen voor wearables te creëren.

Het is één ding als je AI‑wearable helpt je gezondheid te monitoren. Het is een ander verhaal als het gegevens van alle andere gebruikers gebruikt om gezondheids­patronen in regio’s en andere cruciale statistieken te herkennen, wat zou helpen risico’s eerder te identificeren. Het beste van alles is dat deze apparaten steeds vaker zelf‑aangedreven worden gemaakt, waardoor ze een duurzame alternatieve vorm vormen.

The Triboelectric Sensor Marks a Milestone in Wearables Tech

Tot voor kort waren de meeste wearables horloges, ringen of andere items die een stijve en grote verwerkingskaart of controller konden ondersteunen. Dankzij de creativiteit en vindingrijkheid van deze ingenieurs van de NC State University kunnen je kledingstukken in de toekomst veel nuttiger worden. In elk geval zullen wearables van de volgende generatie je interacties verbeteren en de deur openen naar een mode‑/technologierevolutie.

Ontdek andere coole technologieën Nu