ابداع فناوری پوشیدنی با قابلیت تحمل ۱۵۰ درصد کشش

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از IE ، «هیروکی اوتا» «Hiroki Ota» استاد دانشگاه ملی یوکوهاما در ژاپن و مجری این تحقیقات گفت: «دستگاه‌های کششی، در ترکیبی از مدار‌های مجتمع حسگر با کارایی بالا مبتنی بر الکترونیک حالت جامد ساخته شده اند، 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 کرده اند.»

به گفته محققان هیچ دستگاه موجود در بازار، نمی‌تواند به هر دو ویژگی دقت بالا و تکرارپذیری بالا در دستگاه‌های با قابلیت کشش یا بسیار تغییر شکل پذیر دست یابد.

ساختار حفاظتی سخت ناهمگن 

دستگاه‌های قابل کشش و پوشیدنی که می‌توانند داده‌های فیزیکی و بیوالکتریکی را به دقت حس کنند، به طور فزاینده‌ای برای پایش سلامت و اندازه گیری حرکت استفاده می‌شوند. با این حال، متعادل کردن کشش لازم برای راحت بودن با سفتی مورد نیاز در سنجش دقیق داده‌ها چالش برانگیز است.

یادگیری ماشینی می‌تواند این دستگاه‌ها را بهبود بخشد، اما برای یکپارچه سازی این فناوری، باید پوشیدنی‌های هیبریدی قابل انعطافی که راحتی و پردازش داده‌های پایدار را ترکیب می کنند، توسعه یابند.

در این مطالعه، محققان بر روی ایجاد ابزار‌های پوشیدنی ضبط حرکت با یادگیری ماشینی داخلی تمرکز کردند. این دستگاه‌ها بسیار تغییر شکل پذیر بودند که به آنها امکان خم شدگی و مطابقت با بدن را می‌داد.

آنها برای ایجاد ثبات در عین حفظ انعطاف پذیری، ساختار‌های حفاظتی با سختی ناهمگن را توسعه دادند. این ساختار‌ها که شامل یک لایه سخت، یک لایه میانی و یک لایه نرم بودند، از سیم کشی برق محافظت می‌کردند.

در حالی که لایه نرم دستگاه را انعطاف پذیر نگه می‌دارد، لایه‌های سخت‌تر یکپارچگی حسگر را حفظ می‌کردند. برای حفظ انعطاف پذیری از خمیر فلز مایع در سراسر دستگاه، از جمله برای سیم کشی استفاده شد.

اوتا اظهار داشت: «ادغام مواد قابل کشش و عناصر انعطاف ناپذیر برپایه الکترونیک حالت جامد، دستگاه‌های جدیدی را محقق می‌سازد که خاصیت ارتجاعی را با قابلیت‌های محاسباتی و اندازه گیری بالا ترکیب می‌کنند. این دستگاه ها، یکپارچه سازی با سیستم‌های یادگیری ماشینی را ارتقا می‌دهند، جایی که تکرارپذیری داده‌ها بسیار مهم است.»

کشش ۱۵۰ درصدی 

برای ارزیابی اثربخشی دستگاه پوشیدنی، محققان سه آزمایش انجام دادند: ارزیابی شکل گره ها، تشخیص حروف نوشته شده در هوا و تفسیر زبان اشاره و 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 با ۳۰ درصد کشیدگی، خم شدند و در ۱۰۰ درصد شکستند.

در مقابل، دستگاه جدید با ساختار محافظ در طول ۱۰۰ کشیدگی بدون آسیب باقی ماند و حتی در صورت کشیده شدن تا ۱۵۰، عملکرد خوب خود را حفظ کرد.

این دستگاه همچنین برای عملکرد آن در کار‌هایی مانند تشخیص حروف هجی انگشتی و زبان اشاره مورد ارزیابی قرار گرفت. دستگاه‌های پوشیدنی کنونی در انجام حرکات موازی بدون خم شدن انگشت، با دشواری مواجه هستند، اما دستگاه جدید با استحکام ناهمگن، بسته به مدل پردازش داده‌های مورد استفاده، ۹۱ تا ۹۸ درصد حروف را با دقت شناسایی کرد.

تحقیقات بیشتری برای کشف تغییرات در مدل‌های آموزشی مورد نیاز است.

محققان بر این باورند که این فناوری می‌تواند فراتر از هجی انگشتی گسترش یابد و زبان اشاره آمریکایی را بشناسد. با این حال، دستیابی به این امر مستلزم غلبه بر چالش‌هایی فراتر از چالش‌های مربوط به دستگاه‌های پوشیدنی کشسان است که به توسعه بیشتر نیاز دارد.

نتایج این تحقیقات در نشریه Device منتشر شده است.