Nell'ultimo decennio, una tendenza importante nell'elettronica è stata lo sviluppo di sensori, display e dispositivi intelligenti perfettamente integrati nel corpo umano. La maggior parte di questi dispositivi indossabili è collegata singolarmente allo smartphone di un utente e trasmette tutti i dati tramite Bluetooth o segnali Wi-Fi. Ma poiché i consumatori indossano un numero crescente di dispositivi indossabili, e man mano che i dati che trasmettono aumenta in sofisticatezza, si cercano metodi di connessione più innovativi.

Ora, i ricercatori della National University of Singapore (NUS) hanno inventato un modo completamente nuovo di interconnettere i dispositivi indossabili. Hanno incorporato tessuti conduttivi nell'abbigliamento per connettere dinamicamente diversi dispositivi indossabili contemporaneamente. Questa "rete di sensori del corpo wireless" consente ai dispositivi di trasmettere dati con 1, Segnale 000 volte più forte rispetto alle tecnologie convenzionali, il che significa che la durata della batteria di tutti i dispositivi è notevolmente migliorata. Le reti wireless di questi dispositivi indossabili su un corpo hanno applicazioni future nel monitoraggio della salute, interventi medici e interfacce uomo-macchina.

Questa svolta tecnologica, che ha richiesto al team di 10 membri un anno per raggiungere, è stato pubblicato come copertina di Elettronica della natura il 17 giugno 2019.

Migliore trasmissione dei dati, maggiore privacy

Attualmente, quasi tutti i sensori del corpo come gli orologi intelligenti si collegano a smartphone e altri dispositivi elettronici indossabili tramite onde radio come Bluetooth e Wi-Fi. Queste onde si irradiano verso l'esterno in tutte le direzioni, il che significa che la maggior parte dell'energia viene dispersa nell'area circostante. Questo metodo di connettività riduce drasticamente l'efficienza della tecnologia indossabile poiché la maggior parte della durata della batteria viene consumata nel tentativo di connessione.

Come tale, L'assistente professore John Ho e il suo team dell'Institute for Health Innovation &Technology (NUS iHealthtech) e della Facoltà di ingegneria del NUS volevano confinare i segnali tra i sensori più vicini al corpo per migliorare l'efficienza.

La loro soluzione era migliorare l'abbigliamento normale con tessuti conduttivi noti come metamateriali. Invece di inviare onde nello spazio circostante, questi metamateriali sono in grado di creare "onde di superficie" che possono scivolare senza fili attorno al corpo sui vestiti. Ciò significa che l'energia del segnale tra i dispositivi viene mantenuta vicino al corpo anziché diffondersi in tutte le direzioni. Quindi, l'elettronica indossabile consuma molta meno energia del normale, e i dispositivi possono rilevare segnali molto più deboli.

"Questa innovazione consente la perfetta trasmissione dei dati tra dispositivi a livelli di potenza pari a 1, 000 volte ridotto. O, in alternativa, questi tessuti metamateriali potrebbero aumentare il segnale ricevuto di 1, 000 volte il che potrebbe darti velocità di trasmissione dati notevolmente più elevate a parità di potenza, " Dichiarò Asst Prof Ho. Infatti, il segnale tra i dispositivi è così forte che è possibile trasmettere energia in modalità wireless da uno smartphone al dispositivo stesso, aprendo la porta ai dispositivi indossabili senza batteria.

In modo cruciale, questo potenziamento del segnale non richiede alcuna modifica né allo smartphone né al dispositivo Bluetooth:il metamateriale funziona con qualsiasi dispositivo wireless esistente nella banda di frequenza progettata.

Questo modo innovativo di collegare in rete i dispositivi fornisce anche una maggiore privacy rispetto ai metodi convenzionali. Attualmente, le onde radio trasmettono segnali a diversi metri di distanza dalla persona che indossa il dispositivo, il che significa che le informazioni personali e sensibili potrebbero essere vulnerabili a potenziali intercettazioni. Limitando il segnale di comunicazione wireless entro 10 centimetri dal corpo, Asst Prof Ho e il suo team hanno creato una rete più sicura.

Design intelligente, capacità avanzate

Il team ha un brevetto provvisorio del primo anno sul design tessile metamateriale, che consiste in una striscia di metamateriale a forma di pettine sopra l'abbigliamento con uno strato conduttore non modellato al di sotto. Queste strisce possono quindi essere disposte sugli indumenti in qualsiasi modello necessario per collegare tutte le aree del corpo. Il metamateriale stesso è conveniente, nella fascia di pochi dollari al metro, e può essere acquistato facilmente in rotoli.

"Abbiamo iniziato con un metamateriale specifico che fosse sia piatto che potesse supportare le onde di superficie. Abbiamo dovuto ridisegnare la struttura in modo che potesse funzionare alle frequenze utilizzate per Bluetooth e Wi-Fi, si comportano bene anche vicino al corpo umano, e potrebbe essere prodotto in serie tagliando fogli di tessuto conduttivo, "Asst Prof Ho ha spiegato.

Il particolare design del team è stato creato con l'ausilio di un modello computerizzato per garantire una comunicazione di successo nella gamma delle radiofrequenze e per ottimizzare l'efficacia complessiva. L'abbigliamento intelligente viene quindi fabbricato tagliando al laser il metamateriale conduttivo e attaccando le strisce con adesivo per tessuto.

Una volta fatto, i vestiti "intelligenti" sono molto robusti. Possono essere piegati e piegati con una perdita minima della potenza del segnale, e le strisce conduttive possono anche essere tagliate o strappate, senza inibire le funzionalità wireless. I capi possono anche essere lavati, essiccato, e stirato come un normale abbigliamento.

Prossimi passi

Il team sta parlando con potenziali partner per commercializzare questa tecnologia, e nel prossimo futuro Asst Prof Ho spera di testare i tessuti "intelligenti" come abbigliamento sportivo specializzato e per i pazienti ospedalieri per monitorare le prestazioni e la salute. Le potenziali applicazioni potrebbero variare notevolmente:dalla misurazione dei segni vitali di un paziente senza inibire la loro libertà di movimento, alla regolazione del volume nelle cuffie wireless di un atleta con un solo movimento della mano.

"Prevediamo che dotando l'abbigliamento sportivo, abbigliamento medico e altri indumenti con capacità elettromagnetiche così avanzate possono migliorare la nostra capacità di percepire e interagire con il mondo che ci circonda, "Asst Prof Ho ha detto.