تکنولوژی پوشیدنی جدید حتی در حالت خم، پیچیده و کشیده تا ۱۵۰ درصد کار می‌کند

محققان راه جدیدی برای بهبود عملکرد دستگاه‌های پوشیدنی ابداع کرده‌اند: قرار دادن مدارهای مجتمع محکم بر روی یک بستر قابل انعطاف.

"دستگاه‌های کششی که مدارهای مجتمع سنسورهای با کارایی بالا مبتنی بر الکترونیک حالت‌جامد را ترکیب می‌کنند، توسعه یافته‌اند، اما آن‌ها توان کشسانی برای تطبیق با تغییر شکل‌های بزرگ بیش از دو برابر کشیدگی را ندارند. این عوامل توسعه سیستم‌های یکپارچه برای دستگاه‌های کششی و یادگیری ماشینی را محدود کرده‌اند،" گفت هیروکی اوتا، یکی از نویسندگان مطالعه.

محققان اظهار می‌کنند که هیچ دستگاه موجود در بازار نمی‌تواند دقت بالا و تکرارپذیری بالا را در دستگاه‌های کشسان یا بسیار تغییرپذیر به دست آورد.

ساختارهای حفاظتی با سفتی ناهمگون

دستگاه‌های کششی و پوشیدنی که می‌توانند داده‌های فیزیکی و بیوالکتریکی را به دقت حس کنند، به طور فزاینده‌ای برای نظارت بر سلامت و اندازه‌گیری حرکت مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، تعادل بین کشسانی مورد نیاز برای راحتی و استحکام مورد نیاز برای اندازه‌گیری دقیق داده‌ها چالش‌بر‌انگیز است.

یادگیری ماشینی می‌تواند این دستگاه‌ها را ارتقاء دهد، اما برای یکپارچه‌سازی این تکنولوژی، باید دستگاه‌های پوشیدنی هاجیبریدی کشسان که راحتی و پردازش داده‌های پایدار را ترکیب می‌کنند، توسعه یابند. در این مطالعه، محققان بر ایجاد دستگاه‌های پوشیدنی برای ضبط حرکت با ماشین یادگیری داخلی تمرکز کردند. این دستگاه‌ها تغییرپذیری بالایی داشتند و امکان انعطاف‌پذیری و انطباق با بدن را فراهم می‌کردند.

برای ایجاد ثبات در حالی که انعطاف‌پذیری حفظ می‌شود، تیم ساختارهای حفاظتی با سفتی ناهمگون توسعه دادند. این ساختارها که شامل یک لایه سخت، یک لایه میانی و یک لایه نرم بودند، سیم‌کشی‌های الکتریکی را محافظت می‌کردند.

لایه نرم دستگاه را قابل انعطاف نگه می‌داشت، در حالی که لایه‌های سخت‌تر یکپارچگی سنسورها را حفظ می‌کردند. برای حفظ انعطاف‌پذیری، از خمیر فلزی مایع در سراسر دستگاه، از جمله برای سیم‌کشی استفاده شده بود.

"ترکیب مواد کشسان و عناصر محکم مبتنی بر الکترونیک حالت‌جامد دستگاه‌های جدیدی ایجاد می‌کند که کشسانی را با قابلیت‌های محاسباتی و اندازه‌گیری بالا ترکیب می‌کنند. این دستگاه‌ها یکپارچه‌سازی با سیستم‌های یادگیری ماشینی را ترویج می‌کنند، جایی که تکرارپذیری داده‌ها حیاتی است،" اوتا در بیانیه مطبوعاتی گفت.

کشش ۱۵۰ درصد

برای ارزیابی اثربخشی دستگاه پوشیدنی، محققان سه آزمایش انجام دادند: تخمین شکل گره‌ها، شناخت حروف نوشته شده در هوا و تفسیر زبان اشاره. آن‌ها همچنین عملکرد دستگاه تحت کشش را بررسی کردند.

در مقایسه با دستگاه‌های پوشیدنی قبلی با مدارهای محکم، دستگاه جدید با ساختار حفاظتی با سفتی ناهمگون بهتر با کشیدگی و تغییرپذیری مواجه شد. دستگاه‌های قبلی در ۳۰ درصد کشیدگی دچار خمش شدند و در ۱۰۰ درصد شکستند.

در مقابل، دستگاه جدید با ساختار حفاظتی در ۱۰۰ درصد کشیدگی بدون آسیب باقی‌ماند و حتی در کشش تا ۱۵۰ درصد عملکرد درست داشت.

دستگاه همچنین برای عملکرد در وظایفی مانند شناخت حروف اشاره‌ای ارزیابی شد. دستگاه‌های پوشیدنی کنونی با حرکت‌های موازی بدون خم شدن انگشت مشکل دارند، اما دستگاه جدید با سفتی ناهمگون به دقت ۹۱ تا ۹۸ درصد حروف را بسته به مدل پردازش داده‌ها تشخیص داد.

تحقیقات بیشتری برای بررسی تنوع مدل‌های آموزشی مورد نیاز است.

دستگاه‌های جدید، تکنولوژی همان

محققان معتقدند که این تکنولوژی می‌تواند فراتر از شناخت حروف انگشتی برای شناسایی زبان اشاره آمریکایی باشد، که یک پیشرفت مورد انتظار است. با این حال، دستیابی به این هدف مستلزم رفع چالش‌های فراتر از دستگاه‌های پوشیدنی کشسان است و به توسعه بیشتر نیاز دارد.

در آینده، محققان هدف ایجاد دستگاه‌های بیشتری با استفاده از این تکنولوژی جدید را دارند. "در نهایت ما هدف داریم الکترونیک هاجیبریدی کشسان را تحقق بخشیم که الکترونیک حالت‌جامد و کشسان را با استفاده از خواص الکترونیکی هر دو دستگاه محکم و مواد الاستیک ترکیب کرده و آن‌ها را با تکنولوژی پردازش اطلاعات یکپارچه کند،" اوتا نتیجه گرفت.

این مطالعه در مجله Device منتشر شده است.