“智能”纺织品将可穿戴传感器之间的连接性提高了1000倍

在过去的十年中，电子学的主要趋势是无缝集成到人体中的传感器，显示器和智能设备的发展。这些可穿戴设备中的大多数都单独连接到用户的智能手机，并通过蓝牙或Wi-Fi信号传输所有数据。但是，随着消费者佩戴越来越多的可穿戴设备，并且随着他们传输的数据越来越复杂，人们正在寻求更多创新的连接方法。

现在，新加坡国立大学(NUS)的研究人员发明了一种可穿戴设备互连的全新方法。他们将导电纺织品整合到衣服中，以动态地动态连接多个可穿戴设备。这种“无线人体传感器网络”使设备能够以比传统技术强1000倍的信号传输数据，这意味着所有设备的电池寿命都得到了显着改善。这些可穿戴设备在人体上的无线网络在健康监测，医疗干预和人机界面方面有未来的应用。

这项技术突破需要10名成员的团队一年才能实现，并于2019年6月17日作为《自然电子》的封面发表。

更好的数据传输，更大的隐私

当前，几乎所有的人体传感器(如智能手表)都通过蓝牙和Wi-Fi等无线电波连接到智能手机和其他可穿戴电子设备。这些波向各个方向向外辐射，这意味着大部分能量都流失到周围区域。这种连接方法极大地降低了可穿戴技术的效率，因为在尝试连接时会消耗其大部分电池寿命。

因此，来自健康创新与技术研究所(NUS iHealthtech)和NUS工程学院的助理教授John Ho及其团队希望将传感器之间的信号限制在更靠近人体的位置，以提高效率。

他们的解决方案是使用称为超材料的导电纺织品增强常规服装的质量。这些超材料不是向周围的空间发送波浪，而是能够产生“表面波浪”，这些表面波浪可以无线地在衣服上的身体周围滑动。这意味着设备之间的信号能量保持在靠近人体的位置，而不是在所有方向上传播。因此，可穿戴电子设备消耗的功率比正常情况少得多，并且设备可以检测到弱得多的信号。

“这项创新技术可以在设备之间以降低1000倍的功率水平完美传输数据。或者，这些超材料织物可以将接收到的信号增强1000倍，从而可以在相同功率下显着提高数据传输率，”何教授说。实际上，设备之间的信号是如此强大，以至于可以将电力从智能手机无线传输到设备本身，从而为无电池可穿戴设备打开了大门。

至关重要的是，这种信号增强功能不需要对智能手机或蓝牙设备进行任何更改-超材料可与设计频段中的任何现有无线设备一起使用。

与常规方法相比，本发明的联网设备的方式还提供了更多的保密性。当前，无线电波从佩戴设备的人向外几米处发射信号，这意味着个人和敏感信息可能容易受到潜在的窃听者的攻击。通过将无线通信信号限制在距人体10厘米以内，何教授和他的团队创建了一个更加安全的网络。

智能设计，增强功能

该团队拥有超常材料纺织品设计的第一年临时专利，该专利由衣服顶部的梳形超材料带和下面的无图案导体层组成。然后可以将这些条带以连接身体所有区域所需的任何样式布置在衣服上。超材料本身具有成本效益，在每米几美元的范围内，可以很容易地成卷购买。

“我们首先使用一种既扁平又可以支撑表面波的特异材料。我们不得不重新设计该结构，以使其能够在蓝牙和Wi-Fi所使用的频率下工作，即使在靠近人体的情况下也能保持良好的性能，并且可以通过切割导电织物来批量生产。”何教授解释说。

该团队的特殊设计是在计算机模型的帮助下完成的，以确保在射频范围内成功进行通信并优化整体功效。然后，通过激光切割导电超材料并用织物粘合剂将条带附着来制造智能服装。

一旦制成，“智能”衣服就非常坚固。它们可以折叠和弯曲，而对信号强度的损失最小，并且甚至可以在不影响无线功能的情况下切割或撕裂导电带。衣服也可以像普通衣服一样被洗涤，干燥和熨烫。

下一步

该团队正在与潜在的合作伙伴进行交流，以使这项技术商业化，并且在不久的将来，何教授希望能够测试“智能”纺织品作为专业运动服装，并让医院患者监测其性能和健康状况。潜在的应用范围很广-从测量患者的生命体征而不抑制其活动自由，到单手运动即可调节运动员无线耳机的音量。

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