Triboelektriske sensorer vil spille en rolle i neste generasjons wearables

En gruppe oppfinnsomme ingeniører fra NC State University har nylig avduket en triboelektrisk broderingsbasert sensor som kan revolusjonere hvordan du samhandler med verden. Denne skapelsen er langt mer enn en fjernkontroll sydd inn i din favorittgenser. Forskerne klarte å lage et sømløst kontrollsystem vevd inn i stoffet på en måte som gjør det umerkelig for brukeren.

Wearable Electronics

For å forstå betydningen av forskernes arbeid, er det viktig å se på wearables-markedet og dets utvikling. Helt siden de første elektronikk- og telefonene har skapere drømt om klær med futuristisk teknologi. Tenk på Star Trek‑medlemmene fra 70‑tallet som trykker på kommunikatøren på brystet og snakker med skipets bro. Selv i dag blomstrer markedet, med enkle design som integrerte telefonladere og Bluetooth‑høyttalere som blir stadig vanligere.

Kilde – ZEROi Smarthat

Exponential Growth Potential

I dag blir markedet ansett som en raskt voksende sektor innen teknologibransjen. En rapport publisert av forskere fra Markets and Markets avslørte at den globale markedet for bærbar teknologi forventes å nå 265,4 milliarder dollar innen 2026. Dataene viste at markedet vokste med en CAGR (samlet årlig vekstrate) på 18,0 % og hadde vokst så raskt som 45 % i perioden 2021‑2022.

Clothing Evolved

Det finnes mange underseksjoner innen wearables-markedet. Den som disse forskerne valgte å fokusere på var industrien for smarte tekstiler. De ønsket å kombinere tekstiler med elektronikk på en måte som gjorde integrasjonen usynlig for brukeren både i utseende og følelse. Likevel kunne brukeren nyte ekstra funksjonalitet.

Tekstilbaserte menneske‑maskin‑grensesnitt gjør deler av klærne dine til kontroller. Tenk deg å sveipe på genseren for å svare på telefonen eller berøre hatten for å slå på en lampe. Alle disse alternativene og mye mer er mulig ved bruk av stoffsensorer. Slik klarte forskerne å gjøre klær klikkbare.

Challenges Engineers Faced

Teamet måtte overvinne mange utfordringer for å gjøre stoffet klikkbart. For det første er vanlige broderingsmetoder for stoffer vanligvis basert på 2D‑design. Derfor var de ikke egnet til å støtte en sensor som krever mellomrom mellom kontaktene.

Triboelektrisk sensor

For å overvinne denne begrensningen laget teamet en ny tråd. De fant at polyvinylidenfluorid‑trifluoroetyleng (PVDF‑TrFE) nano‑mikrofiber‑omsluttet ledende tråd og polyuretan (PU)‑belagt polyester‑kobbertråd holdt nok til å holde sensorens kontakter adskilt uten å endre stoffets fleksibilitet.

Inaccurate Sensors

Unøyaktige sensorer er et stort problem for wearables. Hverdagslige aktiviteter og holdbarhetskrav gjør dem utsatt for feil og falske utløsere. Feilaktige bevegelser og andre misforståelser er vanlige når sensorintegrasjonen alltid er innen rekkevidde. Også miljøfaktorer kan få en sensor til å gi feil avlesninger eller falske kontakter.

For å forhindre falske sensorutløsere bestemte forskerteamet seg for å sette et mellomrom mellom de motsatt ladede lagene i knappen ved hjelp av en avstandsholder. Denne tilnærmingen gjorde følsomheten kontrollerbar. Den gjorde også at forskerne kunne utføre tester med ulike avstandsstørrelser for å finne den optimale oppsettet.

Triboelectric Design Phase

Enheten består av triboelektriske nanogenerator‑baserte sensorer som består av to motsatt ladede lag. Denne strukturen, kombinert med tråden de utviklet, gir en pålitelig og myk‑til‑følesensor som beholder komforten til et vanlig stoff.

AI Integration

Sensoren har en mikrochip hvis eneste formål er å tolke data fra sensoren. Mikrochipen har en integrert AI‑protokoll som utnytter avanserte maskinlæringsalgoritmer. Denne AI‑modellen ble laget spesielt for å forhindre falske aktiveringer og feiltolkning av bevegelser. Den gjør at enheten kan registrere handlinger som sveiping.

AI‑modellen forbedrer enhetens ytelse og funksjonalitet betydelig. Den gjør også utviklere i stand til å programmere et spekter av instruksjoner over ulike bevegelser. Dermed blir enheten bedre til å gjenkjenne bevegelser og kommandoer og ignorere falske aktiveringer etter hvert som den brukes.

Benefits of the New Fabric Sensor

Sensoren introduserer en rekke fordeler som gjør den til et ideelt alternativ for bruk i wearables og andre bruksområder. Evnen til å gjøre klær til en kontroller åpner uendelige muligheter innen mote, interaksjon med daglige enheter og mye mer. Den åpner også døren for mer integrasjon i smarte bymiljøer.

Tenk deg at klærne dine kommuniserer med verden rundt deg. Denne teknologien kan gjøre det mulig å en dag skifte kanaler ved å trykke på sofaen eller spille av favorittsangen ved å tappe på hatten. Den kan også gjøre leger mer responsive eller soldater i stand til å holde kontakt med andre. Fordelene med denne teknologien fortsetter å skille seg ut.

Miniaturization

Disse sensorene er små og kan bidra til å fremme flere sektorer som robotikk, romfart og marine utforskning. Den lette og fleksible naturen gjør dem også ideelle for bruk i ikke‑konforme roboter. Ikke‑konforme roboter er roboter som ikke har en stiv struktur. De er nyttige når du trenger en robot som kan tilpasse seg for å komme gjennom sprekker og hulrom.

Triboelectric Power

En av de viktigste fordelene med den triboelektriske sensoren er at den selvlader. Triboelektriske sensorer er kjent for sine enkle design og følsomhet, noe som gjør dem ideelle for dette formålet. Disse sensorene bruker statisk ladning under bevegelse mellom lagene for å holde seg i drift. Dermed trenger de aldri å lades på nytt.

Versatile Use

Allsidigheten til dette nye sensoroppsettet kan ikke ignoreres. Den ekstra konsistensen og evnen til å gjenkjenne ulike typer innspill gjør prosjektet til en stor suksess. I tillegg plasserer tilpasningsmulighetene forskerens skapelse i en egen klasse.

NC State University Engineers

Teamet bak prosjektet bestod av Yu Chen, Yali Ling, Yiduo Yang, Zihao Wang, Yang Liu, Wei Gao, Bao Yang, Xiaoming Tao og Rong Yin. Forskning, utvikling og testing ble utført ved NC State University. Nå ønsker teamet å videreutvikle sin forskning på triboelektriske tekstilsensorer og fremme adopsjon av wearables.

Testing Phase

Prosjektets testing demonstrerte fleksibiliteten og potensialet i utviklingen. For å teste prosjektet laget forskerne en tilpasset musikkspiller som aksepterte BT‑innganger. Spilleren ble spesifikt designet for å godta faste kjernefunksjoner som var koblet til korresponderende bevegelser i sensoren.

Ingeniørene kunne spille, pause, hoppe over spor og justere volumet ved hjelp av sensoren. Resultatene beviste at konseptet var levedyktig. I tillegg ga det bedre resultater enn forventet. Ingeniørene kunne bruke enheten til å spille spill og til og med skrive inn passord når det var nødvendig. Nå har interessen for denne forskningen økt på grunn av de potensielle anvendelsene.

Potential Applications

Det finnes mange anvendelser for denne teknologien. Tekstilsensorer kan redusere vekt, forbedre respons og gi verdifull sensorfeedback når det trengs. Dermed har konseptet med bærbare kontrollere potensial til å revolusjonere mange bransjer.

Healthcare

Helsevesenet er en av sektorene som kan bruke denne teknologien for å tilby bedre service. Mange pasienter må bære overvåkningsutstyr og trenger en slags varslingsmekanisme ved sin side. Introduksjonen av tekstilbaserte sensorer kan gjøre det mulig for disse individene å navigere dagen med mer frihet.

I tillegg kan disse systemene brukes av medisinsk personale. Noen systemer kan be om bestemte gjenstander eller gi varsler når det er nødvendig. Pasienter kan ha på seg kjortler som gir vitale data om helse eller bevegelse. Når de kombineres med RF‑ og IoT‑sensorer og andre alternativer, åpner denne teknologien døren til et nytt nivå av pasientovervåkningsmuligheter.

Sports

Sportsindustrien er et annet marked som kan bruke denne teknologien for å forbedre sine tilbud. Det har allerede vært en jevn integrering av sensorer i store sportsligaer for å forbedre dommeravgjørelser og andre viktige aspekter av spill. Nå kan disse lette sensorene muliggjøre forbedrede overvåkingsmuligheter for idrettsutøvere.

Fashion

Moteindustrien har lenge vært i frontlinjen for bærbar teknologi. Mange forsøk på å lage nyttige wearables mislyktes fordi de ikke var motevennlige eller komfortable. Introduksjonen av triboelektrisk‑drevne tekstilsensorer endrer spillet og gjør det mulig for designere å sømløst integrere teknologi i sine kreasjoner.

Military

Militære anvendelser for denne teknologien fortsetter å dukke opp. Det pågår allerede diskusjoner om å bruke teknologien til å legge til dronekontroller i soldaters uniformer sammen med en mengde andre sensorer. Fremtidens soldat vil veie mindre, men kunne utføre mange ganger mer enn sin forgjenger.

Militæret kan også bruke denne teknologien til verifiseringssystemer som passord og ID‑verifisering. Man kan se soldater gå til en port, og en sensor henter opp deres ID, som de bekrefter ved å tappe på en sensor på uniformen. De kan også legge til ekstra informasjon eller navigere i en kompleks meny kun ved hjelp av klærne.

Companies that Could Benefit from this Tech

Wearable‑markedet fortsetter å varme opp. Du er sannsynligvis klar over hovedkonkurrentene som Apple (AAPL ), Microsoft (MSFT ) og Fitbit. Disse selskapene har lenge tilbudt bærbar teknologi i form av klokker eller andre enheter med sensorer for å overvåke helserelaterte aspekter. Her er noen andre selskaper som gjør fremskritt i wearables‑markedet.

Augmedix

Augmedix er en AI‑drevet omsorgsleverandør. Selskapet integrerer bærbar teknologi for å hjelpe ambulanseførere med å koble seg til andre helsetjenester når det trengs. Enheten kobler alle fagpersoner til klinikken ved behov.

Augmedix ble grunnlagt i 2022 for å bidra til å redusere ineffektivitet i helsesektoren og drive bedre omsorgsprosesser. Nettverket tilbyr nå et spekter av nyttige enheter, inkludert digitalisering av naturlige samtaler mellom kliniker og pasient. Denne tilnærmingen gjør det mulig å legge til disse samtalene i sanntid som nyttig medisinsk data.

UA HealthBox

UA HealthBox er en app for treningsmonitorering designet for å hjelpe brukere med å måle fremgang og velvære. Programmet støttes av den tidligere smarttelefonprodusenten HTC. Selskapet har tatt sine mange års prosessutvikling og har fokusert den på å skape kraftige wearables med suksess.

The Future of Wearables is Bright

Fremskritt innen bærbar teknologi kommer raskt. Allerede er solcelledrevne og selvladede wearables klare til å komme inn på markedet i stor skala. Disse bærekraftige alternativene vil integrere AI‑løsninger for å gi et nytt nivå av interaktivitet med ditt digitale miljø. I tillegg kan denne teknologien kombineres med AR og VR for å skape en sømløs sammensmelting av den digitale og den virkelige verden.

Decentralized AI is the Future of Wearables

AI‑systemer, som andre Web2‑applikasjoner, har begynt å migrere til Web3‑formater. Disse nye desentraliserte AI‑økosystemene kan samle mer data fra nettverksnoder i sanntid. Derfor er de bedre egnet til å hjelpe med å lage store modeller for wearables i fremtiden.

Det er én ting når din AI‑wearable hjelper med å overvåke helsen din. Det er en annen historie når den bruker data fra alle andre brukere for å gjenkjenne helsemønstre i regioner og andre viktige statistikker som kan bidra til å identifisere risikoer tidligere. Best av alt er at disse enhetene i økende grad blir laget for å være selvladende, noe som gjør dem til et bærekraftig alternativ.

The Triboelectric Sensor Marks a Milestone in Wearables Tech

Inntil nylig var de fleste wearables klokker, ringer eller andre enheter som kunne romme et stivt og stort prosesseringskort eller kontroller. Takket være kreativiteten og oppfinnsomheten til disse ingeniørene ved NC State University, kan klærne dine bli mye mer nyttige i fremtiden. I det minste vil neste generasjons wearables forbedre interaksjonene dine og åpne døren for en mote‑/teknologirevolusjon.

Lær om annen kul teknologi Nå