Удобная, форма

Умный текстиль чувствует, как двигаются их пользователи.

Ученые Массачусетского технологического института недавно разработали интеллектуальный текстиль, который представляет собой удобную и облегающую форму ткань. Эта умная ткань чувствует, как движутся ее пользователи. Он может распознавать действия своего владельца, такие как ходьба, бег и прыжки.

Они использовали особый тип пластиковой пряжи и плавили ее. Этот процесс известен как термоформование. При этом ученые могли бы значительно повысить точность датчиков давления, вплетенных в многослойный трикотаж, который они называют 3DKnITS.

Используя этот процесс, они создали умную обувь и коврик. Позже они измеряли и интерпретировали данные датчиков давления в режиме реального времени, используя недавно разработанные аппаратные и программные системы. С точностью около 95% алгоритм машинного обучения предугадал движения и позы йоги, которые человек будет принимать, стоя на умном текстильном коврике.

Чтобы изготовить умный текстиль, ученые воспользовались цифровой технологией вязания. Эта технология позволяет быстро создавать прототипы и легко масштабируется для крупномасштабного производства.

Цифровая вязальная машина сплетает слои ткани с рядами стандартной и функциональной пряжи. Многослойное трикотажное полотно изготовлено из пьезорезистивного трикотажа, сопротивление которого меняется при сжатии, и зажато между двумя слоями проводящего трикотажного волокна. Машина прошивает эту полезную пряжу горизонтальными и вертикальными рядами по ткани в соответствии с рисунком. Датчик давления изготавливается в месте пересечения функциональных волокон.

Но пряжа мягкая и податливая, поэтому слои смещаются и трутся друг о друга при движении пользователя. Это создает шум и приводит к нестабильности, что делает датчики давления гораздо менее точными.

Ирманди Викаксоно, научный сотрудник Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института, придумала решение этой проблемы. Он наблюдал, как рабочие делают кроссовки из термопластичных нитей, которые начинают плавиться при нагревании выше 70 градусов по Цельсию, что слегка делает ткань более твердой, чтобы она могла сохранять точную форму.

Он решил попробовать включить плавление волокон и термоформование в процесс производства умного текстиля.

Он сказал: «Термоформование решает проблему шума, поскольку оно укрепляет многослойный текстиль в один слой, сжимая и расплавляя всю ткань вместе, повышая точность. Это термоформование также позволяет нам создавать 3D-формы, такие как носок или обувь, которые соответствуют размеру ткани. точный размер и форма пользователя».

После этого ему потребовалась система для точной обработки данных датчиков давления. Поскольку ткань связана в виде сетки, ученые разработали беспроводную схему, которая сканирует ряды и столбцы ткани и измеряет сопротивление в каждой точке.

Они также создали систему, которая отображает данные датчика давления в виде тепловой карты. Эти изображения передаются в модель машинного обучения, которая обучена определять позу, позу или движение пользователя на основе изображения тепловой карты.

По мнению ученых, их умный текстиль может быть полезен, особенно в сфере здравоохранения и реабилитации. Например, его можно использовать для производства умной обуви, которая отслеживает походку человека, который снова учится ходить после травмы, или носков, которые контролируют давление на стопу пациента с диабетом, чтобы предотвратить образование язв.

Сейчас ученые изучают более творческие возможности применения. В сотрудничестве со звукорежиссером и современной танцовщицей они разработали умный текстильный ковер, который воспроизводит музыкальные ноты и звуковые ландшафты на основе шагов танцора, чтобы исследовать двунаправленную связь между музыкой и хореографией.

Эрик Берксон, доцент кафедры ортопедической хирургии Гарвардской медицинской школы и хирург-ортопед спортивной медицины Массачусетской больницы общего профиля, не принимавший участия в этом исследовании, сказал: «Всегда удивительно видеть, как технологии развиваются таким значимым образом. Это невероятно. думать, что наша одежда, рукав или носок, может быть создана таким образом, чтобы ее трехмерную структуру можно было использовать для восприятия. В области медицины и ортопедической спортивной медицины, в частности, эта технология обеспечивает возможность лучше обнаруживать и классифицировать движения и распознавать закономерности распределения силы в реальных (вне лаборатории) ситуациях. Такое мышление улучшит методы предотвращения и обнаружения травм, а также поможет оценить и направить реабилитацию».