智能紡織品將可穿戴傳感器之間的連接能力提高了1000倍

在過去十年中，電子產(chǎn)品的一個(gè)主要趨勢(shì)是開發(fā)傳感器、顯示器和智能設(shè)備，這些設(shè)備無縫地集成到人體上。這些可穿戴設(shè)備中的大多數(shù)都是單數(shù)連接到用戶的智能手機(jī)上，并通過藍(lán)牙或Wi-Fi信號(hào)傳輸所有數(shù)據(jù)。但隨著消費(fèi)者佩戴可穿戴設(shè)備的數(shù)量不斷增加，以及他們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來越復(fù)雜，人們正在尋求更創(chuàng)新的連接方法。

現(xiàn)在，新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）的研究人員發(fā)明了一種全新的可穿戴設(shè)備互聯(lián)方式。他們將導(dǎo)電紡織品納入服裝中，以動(dòng)態(tài)地同時(shí)連接幾個(gè)可穿戴設(shè)備。這種“無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)”允許設(shè)備以比傳統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)1000倍的信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，這意味著所有設(shè)備的電池壽命都大大提高。身體上這些可穿戴設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)在健康監(jiān)測(cè)、醫(yī)療干預(yù)和人機(jī)界面方面有著未來的應(yīng)用。

這一技術(shù)突破，花了10人團(tuán)隊(duì)一年時(shí)間才實(shí)現(xiàn)，2019年6月17日作為Nature Electronics的封面出版。

更好的數(shù)據(jù)傳輸，更大的隱私

目前，幾乎所有的身體傳感器，如智能手表，都通過藍(lán)牙和Wi-Fi等無線電波連接到智能手機(jī)和其他可穿戴電子產(chǎn)品上。這些波向四面八方向外輻射，這意味著大部分能量都會(huì)流失到周圍地區(qū)..這種連接方法大大降低了可穿戴技術(shù)的效率，因?yàn)樗拇蟛糠蛛姵貕勖窃趪L試連接時(shí)消耗的。

因此，來自健康創(chuàng)新及科技研究所（NUS iHeal thtech）和NUS工程學(xué)院的助理何俊仁教授和他的團(tuán)隊(duì)希望將傳感器之間的信號(hào)限制在離身體更近的地方，以提高效率。

他們的解決方案是用被稱為超材料的導(dǎo)電紡織品來增強(qiáng)普通服裝。這些超材料不是將波送入周圍的空間，而是能夠產(chǎn)生“表面波”，可以在衣服上無線地在身體周圍滑行。這意味著設(shè)備之間的信號(hào)能量被保持在靠近身體的位置，而不是向四面八方傳播..因此，可穿戴電子設(shè)備所使用的功率比正常的要小得多，而且設(shè)備可以檢測(cè)到弱得多的信號(hào)。

“這一創(chuàng)新允許在功率水平降低1000倍的設(shè)備之間完美傳輸數(shù)據(jù)。或者，這些超材料紡織品可以將接收到的信號(hào)提升1000倍，這可能會(huì)大大提高相同功率的數(shù)據(jù)速率，“助理教授何教授說。事實(shí)上，設(shè)備之間的信號(hào)是如此強(qiáng)烈，以至于可以無線地將電源從智能手機(jī)傳輸?shù)皆O(shè)備本身-為無電池可穿戴設(shè)備打開了大門。

關(guān)鍵的是，這種信號(hào)增強(qiáng)不需要對(duì)智能手機(jī)或藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行任何更改-超材料與設(shè)計(jì)頻帶中的任何現(xiàn)有無線設(shè)備一起工作。

這種發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也提供了比傳統(tǒng)方法更多的隱私。目前，無線電波從佩戴該裝置的人向外傳送幾米的信號(hào)，這意味著個(gè)人和敏感信息可能容易受到潛在竊聽者的攻擊。通過將無線通信信號(hào)限制在身體10厘米以內(nèi)，何教授和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)更安全的網(wǎng)絡(luò)。

智能設(shè)計(jì)，增強(qiáng)能力

該團(tuán)隊(duì)擁有一項(xiàng)第一年的超材料紡織品設(shè)計(jì)臨時(shí)專利，該設(shè)計(jì)包括一個(gè)梳狀的超材料條在衣服頂部，下面有一個(gè)無圖案的導(dǎo)體層。然后，這些條可以排列在衣服上的任何模式，以連接身體的所有區(qū)域。超材料本身具有成本效益，在每米幾美元的范圍內(nèi)，可以很容易地購(gòu)買卷。

“我們從一種既平坦又能支持表面波的特殊超材料開始。何教授解釋說：「我們必須重新設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)，使它能在藍(lán)牙和Wi-Fi頻率下工作，即使在接近人體的情況下也能很好地發(fā)揮作用，并且可以通過切割導(dǎo)電紡織品來批量生產(chǎn)?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)的特殊設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)模型的幫助下創(chuàng)建的，以確保在射頻范圍內(nèi)成功的通信，并優(yōu)化總體效果。然后通過激光切割導(dǎo)電超材料和用織物粘合劑連接條來制造智能服裝。

“聰明”的衣服一旦制造出來，就顯得很結(jié)實(shí)。它們可以折疊和彎曲，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的損失最小，導(dǎo)電條甚至可以被切割或撕裂，而不會(huì)抑制無線能力。衣服也可以洗，干燥，熨燙，就像普通衣服一樣。

下一步

該研究小組正與潛在合作伙伴進(jìn)行談判，以使這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化，何教授希望在不久的將來測(cè)試“智能”紡織品作為專門的運(yùn)動(dòng)服裝，并為醫(yī)院病人監(jiān)測(cè)性能和健康。潛在的應(yīng)用范圍可能很大，從測(cè)量病人的生命體征而不抑制他們的運(yùn)動(dòng)自由，到用單手調(diào)整運(yùn)動(dòng)員無線耳機(jī)的音量。

何教授說：「我們的設(shè)想是，賦予運(yùn)動(dòng)服、醫(yī)療服及其他裝備這種先進(jìn)的電磁能力，可提高我們對(duì)周圍世界的認(rèn)知和互動(dòng)能力?！?/p>