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        “智能”紡織品的連接性新突破: 傳輸速率提高1000倍

        2019-11-28 13:27:05魏俊林
        中國纖檢 2019年9期
        關(guān)鍵詞:紡織品智能手機(jī)智能

        文/魏俊林

        在過去10年中,電子學(xué)的一個主要趨勢就是提高傳感器、顯示器和智能設(shè)備的發(fā)展水平,使其無縫集成到人身上。大多數(shù)這些可穿戴設(shè)備單獨(dú)鏈接到用戶的智能手機(jī),并通過藍(lán)牙或Wi-Fi信號傳輸所有數(shù)據(jù)。但隨著消費(fèi)者可穿戴設(shè)備越來越多,并且隨著數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑黾樱嗟膭?chuàng)新連接方法應(yīng)運(yùn)而生。

        新加坡國立大學(xué)(NUS)的研究人員近期發(fā)明了一種全新的可穿戴設(shè)備互連方式。他們把導(dǎo)電紡織品裝在衣服上便形成動力,同時(shí)連接多個可穿戴設(shè)備。這種“身體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”允許設(shè)備以比傳統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)1000倍的信號傳輸數(shù)據(jù),這意味著電池和相關(guān)的所有設(shè)備壽命都可有極大的延長。

        這一技術(shù)突破花了10人團(tuán)隊(duì)一年的時(shí)間才實(shí)現(xiàn),他們的成就刊登在2019年6月17日的《自然電子》雜志上。他們確信,這些可穿戴設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)在健康監(jiān)測、醫(yī)療干預(yù)和人機(jī)接口方面有著潛在的未來應(yīng)用。

        更好的數(shù)據(jù)傳輸,更有效的保護(hù)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。其電波向四面八方發(fā)射,大部分發(fā)射能都流失掉了。這種連接方式大大降低了可穿戴設(shè)備的效率,因?yàn)榇蟛糠蛛姵貕勖荚谑褂弥邢慕Y(jié)束。因此,該校健康創(chuàng)新與技術(shù)研究所(NUS IHealthtech)和NUS工程系的助理教授約翰·霍(John Ho)和他的團(tuán)隊(duì)打算限制這些信號模式,讓傳感器靠近身體,提高效率。他們的解決方案是用被稱為超級材料的導(dǎo)電紡織品來增強(qiáng)常規(guī)服裝的功能。這些超級紡織材料沒有將電波發(fā)射到周圍的空間,而是能夠產(chǎn)生“表面波”。它可在衣服上無線環(huán)繞身體傳輸。這意味著信號在設(shè)備間的能量保持在離身體很近的地方,而不是四面八方的發(fā)射。因此佩帶的電子設(shè)備使用功率減少了很多,而且這些設(shè)備可檢測到更弱的信號。

        這項(xiàng)創(chuàng)新允許在功率降低1000倍的設(shè)備間完美地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,或者說,這些用超級材料做成的紡織品可提高接收信號的能力。傳輸速率為1000倍,這將提供相同功率的更高的數(shù)據(jù)速率。實(shí)際上,設(shè)備間的信號如此強(qiáng)烈,以至于可以作為無線電傳輸。美國麻省理工學(xué)院從電源、智能手機(jī)到設(shè)備的創(chuàng)新已為無電池可穿戴設(shè)備打開了大門,為研發(fā)新型設(shè)備創(chuàng)造了條件。

        至關(guān)重要的是,這種信號的增強(qiáng)不需要對智能手機(jī)或藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行任何更改,這類超級材料可在設(shè)計(jì)的頻帶內(nèi)與任何現(xiàn)有的無線設(shè)備一起工作。

        這種新穎的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也提供了比傳統(tǒng)方法更多的隱私保護(hù)能力。目前,幾米以外的人佩帶著這個裝置,無線電波即可向外傳送信號。這種情況下,個人和敏感的信息可能受到潛在竊聽或受攻擊。但若將無線通信信號限制在離身體10厘米以內(nèi),那么這個創(chuàng)新的傳感網(wǎng)絡(luò)方式的安全性就大大提高,而同時(shí)傳感性也大大提高。

        智能化設(shè)計(jì)與潛能的利用

        該團(tuán)隊(duì)在這種超級材料紡織品設(shè)計(jì)上擁有一項(xiàng)為期一年的臨時(shí)專利,該專利由一條梳子狀的超級材料條型結(jié)構(gòu)組成,上面有一層不帶圖案的導(dǎo)體層。這些條紋可設(shè)置在衣服內(nèi)任何必要的模塊內(nèi),以鏈接全身。這種超級材料本身具有效益,且成本只需要幾美元,其范圍即可擴(kuò)大。

        何教授認(rèn)為,從一種既平滑又支持表面波的特殊超級材料看,必須重新設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu),以便它能在藍(lán)牙和Wi-Fi的條件下工作。即使在接近人體的情況下也能很好地運(yùn)行,而且可以通過切割導(dǎo)電紡織品來大量生產(chǎn)。

        該團(tuán)隊(duì)借助計(jì)算機(jī)模型創(chuàng)建專用設(shè)計(jì)模式,以確保無線電頻率范圍內(nèi)的連續(xù)通信,并優(yōu)化總體效能。既然這樣,智能衣服即可借此大行其道。通過激光切割導(dǎo)電的超級材料并使用織物粘合劑附著條碼來制造。

        一旦做好了,這種“智能”衣服就會非常結(jié)實(shí)。它們可折疊和彎曲,對信號強(qiáng)度的損失最小,導(dǎo)電條甚至可被切割或撕裂,而不需要電阻式切割。這些智能服裝也可像普通的衣服一樣洗、曬、熨燙。

        無限寬廣的應(yīng)用前景

        這個10人團(tuán)隊(duì)正與潛在的合作伙伴商談這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化,并希望在不久的將來,把這種“智能”紡織品作為專門的運(yùn)動服進(jìn)行測試,并用于醫(yī)院,監(jiān)測病人的表現(xiàn)和健康。這一技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍非常廣泛,從測量病人的生命體征而不限制他們的行動自由,到調(diào)整病人的生命體征,均能有效地產(chǎn)生作用,甚至運(yùn)動員用單手也能調(diào)節(jié)移動的無線電耳機(jī)。

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