据麦姆斯咨询报道，美国北卡罗来纳州立大学最近在一项新研究中将三维刺绣技术与机器学习相结合，构建了一种基于织物的自供电压力传感器，可以通过触摸来控制电子设备。该研究成果已发表于Device期刊。
随着可穿戴电子设备受到的关注越来越高，人们日常的着装也有望增加新的功能。在此背景下，能够控制这些新功能的刺绣传感器或“按钮”正变得越来越重要。北卡罗来纳州立大学开发的三维刺绣传感器可以整合到服装面料中，能够完全通过触摸来激活并控制电子设备上的移动应用APP。
该装置由两部分组成，刺绣压力传感器本身，以及一颗负责处理、分发传感器数据的微芯片。其传感器采用摩擦生电技术，即利用多层纱线之间摩擦产生的电荷为自身供电。它由两种摩擦生电材料组成的纱线制成，其中一种带正电，另一种带负电。
双层刺绣摩擦纳米发电器的结构及工作原理
该论文通讯作者Rong Yin介绍说，正确处理压力传感器的三维结构非常重要。
“由于我们的压力传感器是摩擦生电的，所以它需要有两层，中间具有间隙。这个间隙是制作过程中的难点之一，因为我们采用了通常是二维的刺绣，这是一种织物装饰技术。”Rong Yin表示：“用这种方法制作三维结构具有挑战性。通过使用间隔层，我们得以控制两层之间的间隙，从而控制传感器的输出。”
该压力传感器捕获的数据随后被发送到微芯片，微芯片负责将原始输入转化为发送到连接设备的具体指令。机器学习算法是确保这一过程顺利进行的关键，Yin解释说。该传感器必须能够识别分配不同功能的手势，并忽略源自正常运动的任何无意的输入。
“有时，压力传感器捕获的数据并不十分准确，潜在影响因素很多。”Yin说，“例如，数据会受到温度或湿度等环境因素的影响，或者传感器误触了某些东西。通过机器学习，我们可以训练设备识别这类意外因素。机器学习还能让这些小尺寸设备识别各种类型的输入，实现许多不同的任务。”
研究人员开发了一款简单的手机音乐播放APP来演示这种输入识别功能。该APP通过蓝牙与传感器连接。他们为该APP设计了六种功能：播放/暂停、下一首歌、上一首歌、增大音量、减小音量和静音，每种功能都由压力传感器上的不同手势控制。研究人员还利用该设备实现了其它一些功能，包括设置和输入密码，甚至控制视频游戏。
研究人员演示如何利用所开发的织物传感器控制视频游戏
Yin介绍说，这项研究仍处于早期阶段，因为现有的刺绣技术还不能轻松处理制作传感器所使用的材料。尽管如此，这种新型传感器仍代表了可穿戴电子产品发展中的新方向，在不久的将来肯定会吸引更多的关注。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100355
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