به تازگی یک فناوری پوشیدنی جدید ابداع شده است، که می‌تواند تا ۱۵۰ درصد کشیده شود، بدون اینکه عملکرد خود را از دست بدهد. طراحی این تکنولوژی که برای سازگاری با حرکات پیچیده بدن است، می‌تواند در بخش‌های مختلف پزشکی، ورزشی و فناوری لباس‌های هوشمند کاربرد داشته باشد.
هیروکی اوتا، یکی از محققان این مطالعه گفت: «دستگاه‌های کششی بر پایه مدارهای حسگر با کارایی بالا مبتنی بر الکترونیک حالت جامد توسعه می‌یابند، اما فاقد قابلیت کشش برای سازگاری با تغییر شکل‌های بزرگ با طول بیش از دو برابر هستند. این عوامل توسعه سیستم‌های یکپارچه برای دستگاه‌های کششی و یادگیری ماشینی را محدود کرده‌اند.»
محققان می‌گویند که هیچ کدام از دستگاه‌های موجود در بازار نمی‌تواند به دقت و تکرارپذیری بالا در دستگاه‌های با قابلیت کشش یا بسیار تغییر شکل‌پذیر دست یابد.
ساختارهای محافظ سختی ناهمگن
دستگاه‌های قابل کشش و پوشیدنی که می‌توانند داده‌های فیزیکی و بیوالکتریکی را به دقت حس کنند، به طور فزاینده‌ای برای پایش سلامت و اندازه‌گیری حرکت استفاده می‌شوند. با وجود این، متعادل کردن کشش مورد نیاز برای راحتی با سفتی مورد نیاز برای سنجش دقیق داده‌ها موضوعی چالش‌برانگیز است.
یادگیری ماشینی می‌تواند این دستگاه‌ها را بهبود بخشد، اما برای یکپارچه‌سازی این فناوری، باید دستگاه‌های پوشیدنی هیبریدی قابل انعطاف که راحتی و پردازش داده‌های پایدار را ترکیب می‌کنند، ایجاد شوند. در این مطالعه، محققان روی تولید ابزارهای پوشیدنی ضبط حرکت با یادگیری ماشین داخلی تمرکز کردند. این دستگاه‌ها بسیار تغییر شکل‌پذیر هستند که به آنها اجازه خم شدن داده می‌شود تا با بدن مطابقت داشته باشند.
برای ایجاد ثبات در عین حفظ انعطاف‌پذیری، این تیم ساختارهای حفاظتی با سختی ناهمگن را توسعه دادند. این ساختارها که شامل یک لایه سخت، یک لایه میانی و یک لایه نرم بودند، از سیم‌کشی برق محافظت می‌کردند.
لایه نرم، دستگاه را انعطاف‌پذیر نگه می‌دارد، در حالی که لایه‌های سخت‌تر یکپارچگی حسگر را حفظ می‌کنند. در راستای حفظ انعطاف‌پذیری، از یک خمیر فلز مایع در سراسر دستگاه از جمله برای سیم‌کشی استفاده شد.
ادغام مواد قابل کشش و عناصر صلب مبتنی بر الکترونیک حالت جامد، دستگاه‌های جدیدی را به وجود می‌آورد که خاصیت ارتجاعی را با قابلیت‌های محاسباتی و اندازه‌گیری بالا ترکیب می‌کنند. اوتا در بیانیه مطبوعاتی بیان کرد: «این دستگاه‌ها یکپارچه‌سازی با سیستم‌های یادگیری ماشین را ارتقا می‌دهند که تکرارپذیری داده‌ها در آنها بسیار مهم است.»
کشش ۱۵۰ درصدی
برای ارزیابی اثربخشی دستگاه پوشیدنی، محققان سه آزمایش انجام دادند، که شامل تخمین شکل گره‌ها، تشخیص حروف نوشته‌شده در هوا و تفسیر زبان اشاره بود. همچنین آنها عملکرد دستگاه را تحت کشش بررسی کردند.
در مقایسه با دستگاه‌های پوشیدنی قبلی که فقط یک برد مدار داشتند، دستگاه جدید با ساختار محافظ با استحکام ناهمگن از کشیدگی و کشش بسیار بهتری برخوردار بود. دستگاه‌های قبلی در ۳۰ درصد کشش پاره شدند و در ۱۰۰ درصد کشش شکستند.
در مقابل، دستگاه جدید با ساختار محافظ در طول ۱۰۰ درصد کشش بدون آسیب باقی ماند و حتی در صورت کشیده شدن تا ۱۵۰ درصد کشش، به درستی عمل کرد.
همچنین این دستگاه برای عملکرد در کارهایی مانند: تشخیص حروف املا و زبان اشاره مورد ارزیابی قرار گرفت. دستگاه‌های پوشیدنی کنونی با حرکات موازی بدون خم شدن انگشت، دست و پنجه نرم می‌کنند، اما دستگاه جدید با سفتی ناهمگن، بسته به مدل پردازش داده‌های مورد استفاده، ۹۱ تا ۹۸ درصد حروف را با دقت شناسایی می‌کند.
تحقیقات بیشتری برای کشف تغییرات در مدل‌های آموزشی مورد نیاز است.
دستگاه‌های جدید با فناوری قبلی
محققان بر این باور هستند که این فناوری می‌تواند کاربردهای بسیار بیشتری داشته باشد و شناسایی زبان اشاره آمریکایی یک پیشرفت بسیار مطلوب برای آن به حساب می‌آید. با وجود این، دستیابی به آن مستلزم غلبه بر چالش‌هایی فراتر از مسائل مربوط به دستگاه‌های پوشیدنی قابل کشش است، که توسعه بیشتر را ضروری می‌سازد.
در آینده هدف محققان ایجاد دستگاه‌های بیشتر با استفاده از این فناوری جدید است.
اوتا اعلام کرد: «در نهایت هدف ما این است که الکترونیک هیبریدی قابل کشش را با استفاده از ویژگی‌های الکترونیکی دستگاه‌های سفت و سخت و مواد الاستیک و با ادغام آنها با فناوری پردازش اطلاعات، الکترونیکی حالت جامد و قابل کشش را یکپارچه کنیم.»
این مطالعه در مجله Device منتشر شده است.
منبع: تکناک
