(Vänster) Foto av den magnetoelastiska sensoruppsättningen, som anpassar sig till mänsklig hud och kan fungera även när den utsätts för vätska. Den kan interagera med en musikhögtalares kommandokomponenter:spela upp, pausa, nästa och föregående. (Höger två) Den självdrivna magnetoelastiska sensoruppsättningen är rullbar och töjbar. Kredit:Jun Chen Research Group vid UCLA:junchenlab.com
Bärbara gränssnittsenheter för människa-maskin, HMI, kan användas för att styra maskiner, datorer, musikspelare och andra system. En utmaning för konventionella HMI är förekomsten av svett på mänsklig hud.
I Applied Physics Reviews , beskriver forskare vid UCLA sin utveckling av en typ av HMI som är töjbar, billig och vattentät. Enheten är baserad på en mjuk magnetoelastisk sensoruppsättning som omvandlar mekaniskt tryck från ett fingertryck till en elektrisk signal.
Enheten innefattar två huvudkomponenter. Den första komponenten är ett lager som översätter mekanisk rörelse till en magnetisk respons. Den består av en uppsättning mikromagneter i en porös silikonmatris som kan omvandla det milda fingertoppstrycket till en magnetfältsvariation.
Den andra komponenten är ett magnetiskt induktionsskikt bestående av mönstrade flytande metallspolar. Dessa spolar reagerar på magnetfältets förändringar och genererar elektricitet genom fenomenet elektromagnetisk induktion.
"På grund av materialets flexibilitet och hållbarhet kan den magnetoelastiska sensoruppsättningen generera stabil kraft under deformationer, såsom rullning, vikning och sträckning", säger författaren Jun Chen, från UCLA. "På grund av dessa övertygande egenskaper kan enheten användas för mänskliga kroppsdrivna HMI genom att omvandla mänskliga biomekaniska aktiviteter till elektriska signaler."
Kraften som krävs för att köra HMI kommer från bärarens rörelser. Det betyder att inga batterier eller andra externa strömkomponenter krävs, vilket gör HMI mer miljövänligt och hållbart.
Enheten testades i en mängd olika verkliga situationer, inklusive i närvaro av en vattenspray, som kan förekomma i duschen, en regnstorm eller under kraftig atletisk aktivitet. Enheten fungerade bra när den var våt, eftersom magnetfältet inte påverkades särskilt mycket av närvaron av vatten.
Utredarna studerade en rad tillverknings- och monteringstekniker för att optimera den biomekaniska-till-elektriska energiomvandlingen av enheten. De fann att de kunde uppnå en balans mellan prestanda och flexibilitet genom att kontrollera tjockleken på den flexibla filmen och koncentrationen av de magnetiska partiklarna.
För att testa sitt system genomförde utredarna en serie experiment där en försöksperson använde fingertryck för att släcka och tända en lampa och styra en musikspelare.
"Vår magnetoelastiska sensoruppsättning fungerar inte bara trådlöst som på och av-knappar för en lampa utan styr också en musikspelares kommandofunktioner, som representerar åtgärderna för uppspelning, paus, nästa och föregående," sa Chen.
Dessa tester lovar nya applikationer för mångsidiga vattenbeständiga HMI:er som kan användas för att styra många typer av smarta enheter.
Artikeln har rubriken "En programmerbar magnetoelastisk sensoruppsättning för självdrivet gränssnitt mellan människa och maskin." + Utforska vidare
