一个防水的自供电HMI

利用巨磁弹性效应从环境机械运动中产生电能

3分钟读取
一只被水滴覆盖的手,上面贴着一块方形薄片,上面贴着4个圆形传感器。亚博排列五投注网站

这种磁弹性传感器阵列符合人体皮肤,即使暴露在液体中也能正常工作。它可以与音乐扬声器的命令组件交互:播放、暂停、下一个和上一个。

陈俊研究小组/加州大学洛杉矶分校

在过去的几十年里,人机界面(HMI)技术,特别是在需求的推动下穿戴它们的发展非常迅速,变得更小、更轻、更高效、更坚固。今天,我们也有各种自供电的人机界面,使用压电例如,摩擦电,用于发电。尽管取得了这些进步,但大多数可穿戴式人机界面仍然相对无法抵御潮湿,比如出汗和天气条件。

为了解决这个问题,加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院的一个研究团队提出了一种防水、灵活、低成本的皮肤集成人机界面原型。该设备包括磁弹性传感器阵列,可将环境生物力学运动转换为电信号。他们的研究已发表于应用物理评论

该设备本质上是防水的、生物兼容的,并且能够将手指按压所产生的力转换为连续的电信号。该团队通过控制音乐播放器和打开和关闭电灯来证明这一点。他们还在各种现实条件下进行了测试,包括喷水、大雨和剧烈运动。

研究人员由陈小君加州大学洛杉矶分校的可穿戴生物电子研究小组在19世纪60年代发现的磁弹性效应(也称为逆磁限),描述了材料在机械应力下磁化强度的变化。事实上,目前的研究扩展了该小组早期在软聚合物体系中演示磁弹性效应的工作。

Chen说,这种效应传统上是在刚性金属和金属合金中观察到的,但在2021年,研究人员在他的实验室中观察到这种效应软系统由大小从微米到纳米的磁铁和聚合物基质组成。“与金属和金属合金相比,(它显示)测量到的磁弹性效应增强了5倍。”因此,他们将其命名为“巨大的磁弹性效应谈到他们目前的工作,他补充说,“我们利用这一发现开发了一种全新的可穿戴人机界面。”

原型是一个4 × 4厘米的阵列,由两部分组成:一层纳米磁铁在多孔硅橡胶基质中,它将生物力学压力(手指的触摸)转化为磁响应;还有一个有图案的液态金属线圈的磁感应层。后者对磁场变化作出反应并产生电(电磁感应)。

Chen说:“通过这种方式,(我们的)设备可以自我供电。”“与传统的非自供电HMI设备相比,我们的设备将大大降低功耗。”

用两根手指将磁弹性人机界面拉出。陈俊研究小组/加州大学洛杉矶分校

Chen说,制造磁弹性人机界面设备的制造过程很简单。研究团队使用了3D打印、反向模具工艺和激光制模等方法,但是,他补充说,通过探索更经济的微磁体到纳米磁体和聚合物基质材料的范围,或者用适合大规模制造的精细设计的固体导电电线层取代液态金属线圈层,可以进一步降低成本。

这种材料具有柔韧性、弹性和耐用性,即使在滚动、折叠和拉伸时也能产生稳定的功率。此外,磁场并没有受到设备潮湿的特别影响。它不受高达150%的应变影响,并表现出广泛的压力敏感性,以及在1赫兹频率下0.2秒的响应时间。这些特点使其有利于对电子设备进行实时控制。在他们的演示中,研究人员集成了一个带有按钮的电路来操作台灯和音乐播放器。

陈对这项技术的商业化很感兴趣。他说:“由于这些设备是柔软的、可穿戴的和生物相容性的,(它们)可以广泛应用于人机交互应用。”其中可能的用途是用于电子皮肤和软执行器的机械敏感电子设备。他还预见了虚拟平台的应用。他补充说:“另一个吸引人的潜在应用是身体运动感知,它可以作为一个自供电的可拉伸应变传感器,捕捉四肢、肌肉的运动和生命体征信号,用于生活方式、健身和健康相关的应用。”

同时,Chen指出,这项技术背后的基础科学需要更多的基础研究,这样科学家和工程师才能对其属性和物理极限有更深入的了解。他还想研究电压输出:“法拉第定律说,输出电压与线圈的数量和通过线圈的总磁通量的变化成线性比例。因此,一个可能的研究方向是更先进的制造技术,以增加磁力耦合因子和线圈的数量。”

对话(0)

警察如何利用国会暴乱的数字记录

法医技术很强大,但它值得以隐私为代价吗?

11分钟读取
垂直
图为在美国国会大厦前举起手拿手机的人的剪影图。叠加在头部的是一个绿色矩阵,它表示用于面部识别的数据点
加布里埃尔·齐默
绿色

那群穿着讲究的人2021年1月5日晚聚集在巴尔的摩郊区的年轻人看起来不像极端分子。但是第二天,检察官声称,他们都将在致命的起义中闯入美国国会大厦。几个人会抢劫并破坏媒体设备,还有一个人会袭击一名警察。

这些美国第一运动的成员对抗议并不陌生,他们努力地戴上面具遮住自己的脸。没有人在社交媒体上吹嘘自己的功绩,他们的朋友或家人也没有人站出来谴责他们。但在1月5日,他们犯了一个非常严重的家庭错误:他们共用了一个披萨。

继续阅读↓ 显示更少
{“imageShortcodeIds”:[]}
Baidu