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智能纺织品将可穿戴传感器之间的连接能力提高了1000倍

发布时间:2020-01-14 17:24:08来源:66378游戏网作者:

在过去十年中,电子产品的一个主要趋势是开发传感器、显示器和智能设备,这些设备无缝地集成到人体上。这些可穿戴设备中的大多数都是单数连接到用户的智能手机上,并通过蓝牙或Wi-Fi信号传输所有数据。但随着消费者佩戴可穿戴设备的数量不断增加,以及他们传输的数据越来越复杂,人们正在寻求更创新的连接方法。

现在,新加坡国立大学(NUS)的研究人员发明了一种全新的可穿戴设备互联方式。他们将导电纺织品纳入服装中,以动态地同时连接几个可穿戴设备。这种“无线身体传感器网络”允许设备以比传统技术强1000倍的信号传输数据,这意味着所有设备的电池寿命都大大提高。身体上这些可穿戴设备的无线网络在健康监测、医疗干预和人机界面方面有着未来的应用。

这一技术突破,花了10人团队一年时间才实现,2019年6月17日作为Nature Electronics的封面出版。

更好的数据传输,更大的隐私

目前,几乎所有的身体传感器,如智能手表,都通过蓝牙和Wi-Fi等无线电波连接到智能手机和其他可穿戴电子产品上。这些波向四面八方向外辐射,这意味着大部分能量都会流失到周围地区..这种连接方法大大降低了可穿戴技术的效率,因为它的大部分电池寿命是在尝试连接时消耗的。

因此,来自健康创新及科技研究所(NUS iHeal thtech)和NUS工程学院的助理何俊仁教授和他的团队希望将传感器之间的信号限制在离身体更近的地方,以提高效率。

他们的解决方案是用被称为超材料的导电纺织品来增强普通服装。这些超材料不是将波送入周围的空间,而是能够产生“表面波”,可以在衣服上无线地在身体周围滑行。这意味着设备之间的信号能量被保持在靠近身体的位置,而不是向四面八方传播..因此,可穿戴电子设备所使用的功率比正常的要小得多,而且设备可以检测到弱得多的信号。

“这一创新允许在功率水平降低1000倍的设备之间完美传输数据。或者,这些超材料纺织品可以将接收到的信号提升1000倍,这可能会大大提高相同功率的数据速率,“助理教授何教授说。事实上,设备之间的信号是如此强烈,以至于可以无线地将电源从智能手机传输到设备本身-为无电池可穿戴设备打开了大门。

关键的是,这种信号增强不需要对智能手机或蓝牙设备进行任何更改-超材料与设计频带中的任何现有无线设备一起工作。

这种发明的网络设备也提供了比传统方法更多的隐私。目前,无线电波从佩戴该装置的人向外传送几米的信号,这意味着个人和敏感信息可能容易受到潜在窃听者的攻击。通过将无线通信信号限制在身体10厘米以内,何教授和他的团队创建了一个更安全的网络。

智能设计,增强能力

该团队拥有一项第一年的超材料纺织品设计临时专利,该设计包括一个梳状的超材料条在衣服顶部,下面有一个无图案的导体层。然后,这些条可以排列在衣服上的任何模式,以连接身体的所有区域。超材料本身具有成本效益,在每米几美元的范围内,可以很容易地购买卷。

“我们从一种既平坦又能支持表面波的特殊超材料开始。何教授解释说:「我们必须重新设计这种结构,使它能在蓝牙和Wi-Fi频率下工作,即使在接近人体的情况下也能很好地发挥作用,并且可以通过切割导电纺织品来批量生产。」

该团队的特殊设计是在计算机模型的帮助下创建的,以确保在射频范围内成功的通信,并优化总体效果。然后通过激光切割导电超材料和用织物粘合剂连接条来制造智能服装。

“聪明”的衣服一旦制造出来,就显得很结实。它们可以折叠和弯曲,对信号强度的损失最小,导电条甚至可以被切割或撕裂,而不会抑制无线能力。衣服也可以洗,干燥,熨烫,就像普通衣服一样。

下一步

该研究小组正与潜在合作伙伴进行谈判,以使这项技术商业化,何教授希望在不久的将来测试“智能”纺织品作为专门的运动服装,并为医院病人监测性能和健康。潜在的应用范围可能很大,从测量病人的生命体征而不抑制他们的运动自由,到用单手调整运动员无线耳机的音量。

何教授说:「我们的设想是,赋予运动服、医疗服及其他装备这种先进的电磁能力,可提高我们对周围世界的认知和互动能力。」


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