طبق گفته شرکت تحلیل جهانی سی‌سی‌اس اینسایت، دستگاه‌های پوشیدنی الکترونیکی تا سال ۲۰۲۰ به یک صنعت ۳۴میلیارد دلاری تبدیل خواهد شد. حسگرهای شیمیایی پوشیدنی در حال حاضر عبارتند از: حسگرهایی که به شکل خالکوبی، محافظ دهان، مچ‌بند و هدبند ساخته شده‌اند اما تمام این انواع حسگرها با چالش‌هایی مواجه هستند.
برای مثال، یک حسگر تعریق که روی بازو نصب می‌شود، می‌تواند مفید باشد اما بیماران باید به اندازه کافی تعریق داشته باشند تا دستگاه خوب عمل کند. تقاضا برای حسگرهای فشرده، مقرون‌به‌صرفه و غیر‌تهاجمی افزایش یافته است. اما حسگرهای پیشرفته‌تر هزینه‌بر هستند و به‌سختی تولید می‌شوند.
جوزف وانگ و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا می‌خواستند یک حسگر پوشیدنی، مقرون‌به‌صرفه و قابل حمل بسازند که تهدید‌های شیمیایی خارجی را تشخیص دهد. این تیم حسگر خود را به شکل یک حلقه طراحی کرد که می‌توان آن را مانند انگشتر پوشید. این حلقه دو قسمت دارد؛ یک درپوش حسگر الکتروشیمیایی برای شناسایی تهدید‌های شیمیایی و بیولوژیکی و یک تابلو مدار در زیر درپوش برای پردازش و ارسال داده‌ها به طور بی‌سیم به یک تلفن هوشمند یا لپ‌تاپ.
این دستگاه می‌تواند اندازه‌گیری‌های مختلف را انجام دهد تا حلقه طیف وسیعی از تهدید‌های شیمیایی را شناسایی کند. این تیم نمونه اولیه را در معرض مواد منفجره و در شرایط مختلف در محیط‌هایی با رطوبت بالا یا در داخل مایع قرار دادند. این حلقه به شدت حساس است. با اینکه حسگر حلقه برای شناسایی مواد منفجره و عامل‌های دیگر طراحی شده، اما می‌تواند سایر عامل‌های امنیتی و محیطی خطرناک را تشخیص دهد.
ذخیره نامحسوس اطلاعات در لباس شما
یک نوع جدید از پارچه‌های هوشمند در دانشگاه واشنگتن تولید شده که می‌توان از آن برای تولید دستگاه‌های پوشیدنی مانند ژاکت‌هایی استفاده کرد که رمزهای عبور نامرئی را ذخیره کرده و درب آپارتمان یا دفتر کار شما را باز می‌کنند.
دانشمندان کامپیوتر دانشگاه واشنگتن لوازم جانبی و پارچه‌هایی را تولید کرده‌اند که می‌توانند داده‌ها را ذخیره کنند – از کدهای امنیتی گرفته تا تگ‌های شناسایی – بدون اینکه نیازی به دستگاه الکترونیکی یا حسگر باشد. آنها در ساخت این پارچه از ویژگی‌های مغناطیسی نخ‌های رسانا استفاده کرده‌اند. داده‌ها را می‌توان با استفاده از یک ابزار تعبیه شده در تلفن‌های هوشمند خواند.
شیام گولاکوتا، استادیار دانشکده علوم کامپیوتر و مهندسی پل جی الن، می‌گوید: «این یک طراحی کاملا غیرالکترونیکی است به این معنا که شما می‌توانید پارچه هوشمند را اتو کنید یا آن را در ماشین لباسشویی یا خشک‌کن قرار دهید. این پارچه را یک هارد دیسک در نظر بگیرید؛ در واقع ذخیره‌سازی داده را در لباسی انجام خواهید داد که پوشیده‌اید.»
اکثر افراد این نخ‌های رسانا را با سایر انواع دستگاه‌های الکترونیکی ترکیب می‌کنند تا لباس، لوازم جانبی و غیره را تولید کنند.
اما محققان متوجه شدند که این نخ رسانا دارای ویژگی‌های مغناطیسی است که می‌توان آن را دستکاری کرد تا داده‌های دیجیتالی یا اطلاعات دیداری مانند حروف یا اعداد را ذخیره کنید. این داده‌ها را می‌توان با یک ابزار ارزان که جهت و نیروی میدان‌های مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند و در اکثر تلفن‌های هوشمند تعبیه شده است، خواند.
گولاکوتا می‌گوید: «ما از چیزی استفاده می‌کنیم که در حال حاضر روی تلفن هوشمند وجود دارد و باتری مصرف نمی‌کند، بنابراین هزینه خوانش این نوع داده قابل ملاحظه نیست.» در یک مثال، آنها رمز عبور یک قفل درب الکترونیکی را روی پارچه رسانا ذخیره کردند. آنها با تکان دادن یقه لباس درب را باز کردند.
به علاوه محققان لوازم جانبی و اکسسوری‌هایی را مانند کمربند، گردنبند و دستبند تولید کردند و با کشیدن انگشت روی صفحه نمایش تلفن هوشمند داده‌ها را رمزگشایی کردند.
آنها از ماشین‌های خیاطی معمولی برای دوخت استفاده می‌کنند. با مالش یک آهنربا روی پارچه، محققان توانستند سوراخ‌ها را در جهت مثبت یا منفی متمایل کنند. مانند کلید‌های کارتی هتل، قدرت سیگنال آهنربا در طول یک هفته حدود ۳۰درصد کاهش می‌یابد با اینکه پارچه می‌تواند دوباره و برای چندین بار شارژ و برنامه‌ریزی شود. در سایر آزمایش‌ها، پارچه حتی بعد از شسته‌‌شدن در ماشین لباسشویی، خشک‌کن و اتو کشیده‌شدن در دماهای حداکثر ۳۲۰ درجه فارنهایت ویژگی خود را حفظ کرد. این بر‌خلاف بسیاری از لباس‌های هوشمند امروزی است که هنوز به حسگرها و دستگاه‌های الکترونیکی نیاز دارند که باید روی لباس نصب شوند تا کار کنند.
اینگونه لباس‌ها در شرایط خاص مانند زمانی که باران می‌بارد یا زمانی که فراموش می‌کنید این دستگاه‌های الکترونیکی را جدا کنید و سپس لباس را در ماشین لباسشویی قرار دهید، مشکل‌ساز می‌شوند. به علاوه این تیم تحقیقاتی نشان دادند که از پارچه مغناطیسی می‌توان برای تعامل با یک تلفن هوشمند در جیب فرد استفاده کرد. محققان یک دستکش ساخته‌اند که در انگشت‌های آن این پارچه رسانا دوخته شده است و برای حرکت روی تلفن هوشمند استفاده می‌شود. هر حرکت یک سیگنال مغناطیسی متفاوت را نشان می‌دهد که می‌تواند کارهای خاص مانند توقف یا پخش موسیقی را انجام دهد.
جاستین چان، دانشجوی دکترای دانشکده الن، می‌گوید: «با این سیستم، ما می‌توانیم به‌آسانی و بدون نیاز به درآوردن مداوم دستگاه‌های هوشمند از جیب خود، با دستگاه‌های هوشمند در تعامل باشیم.»
در آزمایش‌های این تیم تحقیقاتی، تلفن توانست ۶حرکت را با دقت ۹۰ درصدی تشخیص دهد؛ کشیدن به سمت چپ، کشیدن به سمت راست، کشیدن به بالا، کشیدن به پایین، کلیک کردن و بازگشتن. کارهای آینده روی ایجاد پارچه‌های سفارشی تمرکز خواهند داشت که میدان‌های مغناطیسی قدرتمندتری ایجاد می‌کنند و می‌توانند مقادیر بیشتری از داده را ذخیره کنند.
ژاکت‌های اسکی که عرق بدن را پاک می‌کنند
انسان یک موجود خونگرم است. اگر هوا خیلی گرم شود، می‌تواند دمای بدن خود را پایین بیاورد. این ویژگی به دلیل وجود یک سیستم تهویه هوا در پوست انسان است؛ یعنی وجود غدد عرق. با این حال، در ورزش‌های زمستانی مانند اسکی، حفظ تعادل کار ساده‌ای نیست. از یک سو باید خود را در گرم نگه داریم تا یخ نزنیم و از سوی دیگر نباید عرق کنیم.
شرکت امپا با همکاری شرکت اوسموتیکس و سایر شرکای صنعتی یک فناوری دستگاه‌های پوشیدنی را طراحی کرده تا ورزشکاران همیشه در حین ورزش گرم و خشک باشند.
یکی از مولفه‌های اصلی فناوری هیدرو-بات به گیاهان امکان می‌دهد تا آب را از طریق ریشه خود از خاک جذب کنند. با این نوع جدید لباس ورزشی، یک ولتاژ حدود ۱٫۵ ولت در پارچه لباس ایجاد می‌شود.
برای اطمینان از اینکه مایع از داخل به خارج منتقل می‌شود، از یک غشای پلیمری با ضخامت فقط ۲۰ میکرومتر استفاده می‌شود که دو طرف آن با فلز پوشیده شده است. وقتی یک ولتاژ الکترونیکی به غشا می‌رسد، یون‌های نمک و مایع اطراف آن از سوراخ‌های ریز در غشا به خارج حرکت می‌کنند، جایی که از نظر الکتریکی جذب می‌شوند.
این غشا مجهز به یک باتری است که بسته به فعالیت بدنی روشن می‌شود. درک هگمان از شرکت امپا، می‌گوید: «حتی بدون جریان نیز مایع از غشا عبور می‌کند. با این حال، به محض اینکه ولتاژ الکتریکی اعمال می‌شود، تاثیر پمپ به طور چشمگیری افزایش می‌یابد.»
این غشا می‌تواند حدود ۱۰ لیتر مایع در متر مربع را به بیرون پمپ کند. این غشا در نهایت با یک ژاکت اسکی یکپارچه‌سازی می‌شود. به لطف مدل‌های متعدد و فیزیکی جدید، می‌توان ساختار پارچه‌ای فناوری هیدرو-بات را بهینه‌سازی کرد.
دستگاه‌های پوشیدنی و ایمن‌سازی ساخت‌و‌ساز
دستگاه‌های پوشیدنی به دلیل مزایایی که در حوزه سلامت و بهداشت ارائه می‌دهند، طرفداران زیادی دارند. برای مثال به کاربران کمک می‌کنند تا بیشتر ورزش کنند. اما آیا این دستگاه‌های پوشیدنی در صنعت ساخت‌و‌ساز نیز مفید هستند؟
شرکت بیمه تراولرز با همکاری یک شرکت پیمانکاری بزرگ به نام گیلبان و ارائه‌دهنده فناوری ساخت‌و‌ساز اینترنت اشیا تریاکس مزایای ایمنی بالقوه دستگاه‌های پوشیدنی را بررسی کرده‌اند. با توجه به ماهیت ساخت‌و‌ساز و ریسک بالای جراحت و آسیب، ساختمان‌سازها همواره باید به مسائل ایمنی توجه خاصی داشته باشند.
این همکاری موجب شد که دیدگاه‌های داده‌‌محوری برای کمک به آشنایی با این ریسک‌ها، اقدامات احتیاطی و مزایای ایمنی بزرگ فناوری پوشیدنی ایجاد شود. این شرکت‌ها به دنبال آن بودند که دریابند این فناوری چگونه می‌تواند به افزایش ایمنی کارگران ساختمانی کمک کند.
استیکرهای ساده جان بیماران و ورزشکاران را نجات می‌دهند
محققان دانشگاه پردو دستگاه‌های پوشیدنی را تولید کرده‌اند که فرد می‌تواند به‌آسانی آن را به پوست خود وصل کند. از آنها می‌توان برای نظارت بر فعالیت بدنی و هشدار به کاربر درباره ریسک‌های احتمالی در زمان واقعی استفاده کرد.
جراحی قلب برای بیماران بسیار سخت است. پس از ترخیص از بیمارستان بیمار مجبور است به طور مداوم وضعیت خود را بدون حضور پزشک بررسی کند و این کار بسیار دشوار و نگران‌کننده‌ای است. تصور کنید که می‌توانید با یک استیکر ساده که به بدن شما وصل می‌شود، این کار را انجام دهید. محققان یک راهکار استیکر پیشرفته را ارائه می‌دهند.
رامسس مارتینز، یکی از استادیارهای بخش مهندسی صنعتی و مهندسی بیوپزشکی در پردو می‌گوید: «برای اولین‌بار، ما دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی را تولید کرده‌ایم که فرد می‌تواند آن را به آسانی به پوست خود وصل کند. این استیکرها از کاغذ ساخته شده‌اند و هزینه پزشکی افراد را کاهش می‌دهند.»
فناوری آنها نشان‌دهنده پیشرفت‌های جهانی دانشگاه پردو در حوزه سلامت و بهداشتی است. این یکی از ۴موضوعی است که برای حل مسائل دنیای واقعی به آن پرداخته شده است. «استیکرهای هوشمند» از سلولز ساخته شده‌اند که هم سازگار با محیط زیست است و هم قابل تنفس کردن. متخصصان بهداشت و سلامت می‌توانند از این استیکرها به عنوان حسگرهای قابل تعبیه برای نظارت بر خواب بیماران استفاده کنند.
