توسعه ادوات پوشیدنی الکترونیکی که انرژی خود را تامین می‌کنند

به گزارش مجتبی کریمی خبرنگار گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، رابط‌های پوشیدنی انسان و ماشین (HMI)، می‌توانند برای کنترل ماشین‌ها، کامپیوترها، پخش‌کننده‌های موسیقی و سایر سیستم‌ها استفاده شوند. یک چالش برای توسعه و استفاده از رابط‌های انسان و ماشین قابل پوشیدن، وجود عرق روی پوست انسان است. تامین انرژی این ادوات، چالش دیگری است که باید برای آن راهکاری ارائه کرد.

به تازگی دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا نوعی رابط انسان و ماشین ساختند که قابل پوشیدن بوده، انعطاف‌پذیر، ارزان و ضد آب است. این رابط مبتنی بر یک آرایه حسگری مغناطیسی الاستیک نرم است که فشار مکانیکی ناشی از فشار انگشت را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

این دستگاه شامل دو جزء اصلی است. اولین جزء لایه‌ای است که حرکت مکانیکی را به یک پاسخ مغناطیسی تبدیل می‌کند. این شامل مجموعه‌ای از ریز مغناطیس‌ها در یک ماتریس سیلیکونی متخلخل دارد که می‌تواند فشار ملایم نوک انگشت را به یک تغییر میدان مغناطیسی تبدیل کند.

جزء دوم یک لایه القایی مغناطیسی است که از سیم پیچ‌های فلزی مایع الگودار تشکیل شده است. این سیم پیچ‌ها به تغییرات میدان مغناطیسی پاسخ می‌دهند و از طریق پدیده القای الکترومغناطیسی الکتریسیته تولید می‌کنند.

جون چن، از محققان این پروژه می‌گوید: «به دلیل انعطاف‌پذیری و دوام مواد مورد استفاده در این رابط، آرایه حسگر مغناطیسی الاستیک که ما طراحی کرده‌ایم، می‌تواند نیروی پایداری را تحت تغییر شکل‌هایی مانند غلتش، تا شدن و کشش ایجاد کند.»

با توجه به این ویژگی‌های مهم، این دستگاه را می‌توان برای رابط‌های انسان و ماشین استفاده کرد، ابزاری که نیروی مورد نیاز خود را با انرژی بدن انسان و با تبدیل فعالیت‌های بیومکانیکی انسان به سیگنال‌های الکتریکی به دست می‌آورد.

نیروی مورد نیاز برای راه اندازی این رابط انسان و ماشین، از حرکات فرد تامین می‌شود. این بدان معناست که نیازی به باتری یا سایر اجزاء خارجی نیست و این رابط را سازگارتر با محیط زیست و پایدارتر می‌کند.

این دستگاه در شرایط مختلف دنیای واقعی، از جمله در حضور اسپری آب، حمام، طوفان، باران، یا در حین فعالیت شدید ورزشی آزمایش شد. این دستگاه هنگام خیس شدن به خوبی کار می‌کرد، زیرا میدان مغناطیسی تحت تأثیر حضور آب قرار نمی‌گرفت.

محققان طیف وسیعی از روش‌های ساخت و مونتاژ را برای بهینه‌سازی تبدیل انرژی بیومکانیکی به الکتریکی در این دستگاه مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها دریافتند که می‌توانند با کنترل ضخامت لایه انعطاف‌پذیر و غلظت ذرات مغناطیسی به تعادل بین عملکرد و انعطاف پذیری دست یابند.

محققان برای آزمایش سیستم خود، مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را انجام دادند که در آن یک فرد با ضربه‌های انگشت یک لامپ را خاموش و روشن کرد و یک پخش‌کننده موسیقی را کنترل کرد.

چن گفت: «آرایه حسگر مغناطیسی ما نه تنها به‌صورت بی‌سیم به‌عنوان دکمه‌های روشن و خاموش لامپ عمل می‌کند، بلکه بسیاری از فرمان‌های لازم برای پخش‌کننده موسیقی را نیز کنترل می‌کند و عملکرد‌های پخش، مکث، بعدی و قبلی را در سیستم صوتی انجام می‌دهد.»

این آزمایش‌ها نوید کاربرد‌های جدیدی را برای رابط‌های همه کاره مقاوم در برابر آب می‌دهد که می‌توانند برای کنترل بسیاری از انواع دستگاه‌های هوشمند مورد استفاده قرار گیرند.