Исследователи разработали умный текстиль, который использует акустические волны вместо электроники для точного измерения прикосновений, давления и движений.
Представьте себе футболку, которая измеряет ваше дыхание, или перчатки, которые переводят движения рук в команды для компьютера. Это стало возможным благодаря разработкам исследователей из ETH Zurich под руководством профессора акустической робототехники в области наук о жизни и здравоохранении Даниэля Ахмеда.
В отличие от многих предыдущих разработок в этой области, которые обычно используют электронику, исследователи опираются на акустические волны, проходящие через стеклянные волокна. Это делает измерения более точными, а текстиль — более лёгким, воздухопроницаемым и простым в уходе.
«Они также недороги, потому что мы используем легкодоступные материалы, а потребление энергии очень низкое», — говорит Ахмед.
Исследователи называют свою разработку SonoTextiles.
«Хотя исследования акустического умного текстиля уже проводились, мы первые, кто изучает использование стеклянных волокон в сочетании с сигналами, использующими разные частоты», — объясняет Инцянь Ван, первый автор исследования.
Исследователи вплетают стеклянные волокна в ткань через равные промежутки. На одном конце каждого стеклянного волокна находится небольшой передатчик, который излучает звуковые волны. Другой конец каждого стеклянного волокна подключён к приёмнику, который измеряет, изменились ли волны.
Каждый передатчик работает на разной частоте. Это означает, что требуется мало вычислительной мощности, чтобы определить, на каком волокне изменились звуковые волны. Предыдущие разработки умного текстиля часто сталкивались с проблемами перегрузки данных и обработки сигналов, поскольку каждое местоположение датчика приходилось оценивать индивидуально.
«В будущем данные могут быть отправлены непосредственно на компьютер или смартфон в режиме реального времени», — говорит Ахмед.
Когда стеклянное волокно движется, длина проходящих через него акустических волн меняется, поскольку они теряют энергию. В случае с футболкой это может быть вызвано движением тела или даже дыханием.
«Мы использовали частоты в ультразвуковом диапазоне, около 100 килогерц — далеко за пределами диапазона человеческого слуха, который составляет от 20 герц до 20 килогерц», — подчёркивает Ван.
Исследователи показали, что их концепция работает в лаборатории. В будущем SonoTextiles можно будет использовать различными способами: в качестве рубашки или футболки они могут отслеживать дыхание пациентов с астмой и подавать сигнал тревоги в экстренных случаях.
В спортивном тренинге и мониторинге производительности спортсмены могут получать анализ своих движений в режиме реального времени для оптимизации результатов и предотвращения травм. Текстиль также имеет потенциал для жестового языка: перчатки с этой технологией могут одновременно переводить движения рук в текст или речь. Их также можно использовать в средах виртуальной или дополненной реальности.
«SonoTextiles может даже измерять осанку человека и улучшать качество его жизни в качестве вспомогательной технологии», — добавляет Чаочао Сун, который разделяет авторство первого исследования. Люди, которые хотят улучшить свою осанку, могут получать целенаправленную обратную связь для исправления неправильной осанки. Текстиль также может указывать, когда пользователю инвалидной коляски необходимо изменить положение, чтобы предотвратить пролежни.
Хотя повседневное использование SonoTextiles потенциально очень высоко, Ахмед добавляет, что есть ещё возможности для улучшения с точки зрения практического применения. Стеклянные микроволокна хорошо зарекомендовали себя в качестве проводников звука в лаборатории, но потенциально могут ломаться при повседневном использовании.
«Прелесть в том, что мы можем легко заменить стеклянные волокна на металл. Звук также эффективно распространяется через металл», — объясняет Ахмед. «Мы хотели бы расширить наши исследования в этом направлении, а также изучить другие приложения».
Исследователи теперь хотят сделать систему более надёжной и изучить, как можно лучше интегрировать электронику в текстиль.
Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.
Источник: ETH Zurich