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

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

這一技術突破，花了10人團隊一年時間才實現(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，都通過藍牙和Wi-Fi等無線電波連接到智能手機和其他可穿戴電子產品上。這些波向四面八方向外輻射，這意味著大部分能量都會流失到周圍地區(qū)..這種連接方法大大降低了可穿戴技術的效率，因為它的大部分電池壽命是在嘗試連接時消耗的。

因此，來自健康創(chuàng)新及科技研究所（NUS iHeal thtech）和NUS工程學院的助理何俊仁教授和他的團隊希望將傳感器之間的信號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電紡織品來增強普通服裝。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。這意味著設備之間的信號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，可穿戴電子設備所使用的功率比正常的要小得多，而且設備可以檢測到弱得多的信號。

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

關鍵的是，這種信號增強不需要對智能手機或藍牙設備進行任何更改-超材料與設計頻帶中的任何現(xiàn)有無線設備一起工作。

這種發(fā)明的網(wǎng)絡設備也提供了比傳統(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，這意味著個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限制在身體10厘米以內，何教授和他的團隊創(chuàng)建了一個更安全的網(wǎng)絡。

智能設計，增強能力

該團隊擁有一項第一年的超材料紡織品設計臨時專利，該設計包括一個梳狀的超材料條在衣服頂部，下面有一個無圖案的導體層。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，可以很容易地購買卷。

“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：「我們必須重新設計這種結構，使它能在藍牙和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電紡織品來批量生產?！?/p>

該團隊的特殊設計是在計算機模型的幫助下創(chuàng)建的，以確保在射頻范圍內成功的通信，并優(yōu)化總體效果。然后通過激光切割導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，就顯得很結實。它們可以折疊和彎曲，對信號強度的損失最小，導電條甚至可以被切割或撕裂，而不會抑制無線能力。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行談判，以使這項技術商業(yè)化，何教授希望在不久的將來測試“智能”紡織品作為專門的運動服裝，并為醫(yī)院病人監(jiān)測性能和健康。潛在的應用范圍可能很大，從測量病人的生命體征而不抑制他們的運動自由，到用單手調整運動員無線耳機的音量。

何教授說：「我們的設想是，賦予運動服、醫(yī)療服及其他裝備這種先進的電磁能力，可提高我們對周圍世界的認知和互動能力?！?/p>