Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, tương tác giữa con người và máy tính đã dần được tích hợp vào cuộc sống của chúng ta. Cho dù chúng ta sử dụng điện thoại di động, máy tính, vòng đeo tay thông minh hay các sản phẩm điện tử khác, chúng ta đều đang tham gia vào tương tác giữa con người và máy tính.
Bạn đã bao giờ nghĩ về:
Thanh toán di động không còn cần quét nữa, bạn có thể thanh toán an toàn chỉ bằng một cú quẹt tay áo;
Bạn không còn cần đến vòng đeo tay thông minh để theo dõi sức khỏe nữa. Bạn chỉ cần mặc quần áo để có thể nhận được dữ liệu vật lý theo thời gian thực.
Bạn không cần chìa khóa để khởi động xe nữa. Bạn chỉ cần ngồi vào ghế, xe sẽ nhận dạng quần áo của bạn và làm theo hướng dẫn của bạn.
......
Những tưởng tượng này nghe có vẻ khoa học viễn tưởng và xa vời, nhưng hiện nay các nhà khoa học đã biến chúng thành hiện thực.
Gần đây, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Peter Tseng tại Đại học California đã tích hợp siêu vật liệu từ tính tiên tiến vào hàng dệt may mềm dẻo để tạo ra một hệ thống cho phép giao tiếp không cần pin giữa quần áo và các thiết bị lân cận.
Các loại vải này có thể cho phép người mặc tương tác kỹ thuật số với các thiết bị điện tử ở gần, chẳng hạn như thực hiện thanh toán an toàn chỉ bằng một cú chạm hoặc vuốt nhẹ vào tay áo, cũng như liên tục theo dõi và truyền các dấu hiệu quan trọng.
(Nguồn: Nature Electronics)
Bài báo nghiên cứu liên quan có tiêu đề “Vật liệu siêu vật liệu tích hợp dệt may cho mạng lưới đa vật thể trường gần” đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Electronics.
Thêm NFC vào thiết bị đeo được
Năm 1975, chiếc đồng hồ tính toán đầu tiên ra đời và các thiết bị đeo thông minh bắt đầu xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta.
Với sự phát triển của công nghệ, ngày càng có nhiều thiết bị đeo thông minh xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta, chẳng hạn như vòng đeo tay thông minh, kính thông minh, vải thông minh, v.v.
Những thiết bị đeo thông minh này cho phép mọi người xử lý thông tin bên ngoài hiệu quả hơn và theo dõi các hoạt động hoặc sức khỏe của con người.
Hiện nay, công nghệ theo dõi sức khỏe và hoạt động của con người chủ yếu dựa vào cảm biến đeo được hoặc cấy ghép. Các cảm biến này tạo ra một mạng lưới nhiều nút có thể giải thích thông tin từ sự tương tác giữa cơ thể chúng ta và các vật thể.
Để phân tích thông tin sinh trắc học này theo thời gian thực, các mạng như vậy cần có liên kết truyền thông an toàn và đáng tin cậy giữa các nút, thường được gọi là mạng diện tích cơ thể (BAN).
Việc tạo ra BAN đòi hỏi phải kết nối nhiều cảm biến xung quanh cơ thể và để không hạn chế chuyển động của cơ thể con người, hầu hết các cảm biến này đều sử dụng kết nối không dây.
Theo truyền thống, truyền thông không dây được cấu hình trong BAN bao gồm các cảm biến RF tùy chỉnh, RFID hoặc Bluetooth. Tuy nhiên, các phương pháp bức xạ này thường có những vấn đề như tiêu thụ điện năng cao và tính bảo mật thấp (như bị nghe lén).
Việc sử dụng giao tiếp tầm gần (NFC) có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề trên và cải thiện tính bảo mật của giao tiếp.
Vậy công nghệ NFC là gì?
NFC là công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến có trong hầu hết các điện thoại thông minh. Ví dụ, khi bạn thanh toán bằng điện thoại thông minh hoặc thẻ tín dụng gần đầu đọc, bạn đang sử dụng công nghệ giao tiếp tầm gần.
NFC có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị và thu thập dữ liệu từ các thiết bị đó.
Do đó, công nghệ này có khả năng loại bỏ nhu cầu sử dụng pin trong các cảm biến đeo được, giúp các thiết bị nhẹ hơn, bền hơn và ít tốn kém hơn.
Đằng sau công nghệ có vẻ "hoàn hảo" này có một lỗ hổng chết người, đó là phạm vi liên lạc quá nhỏ và chỉ có thể đạt được liên lạc ở khoảng cách ngắn vài cm.
Khi công nghệ này được sử dụng trên cơ thể con người, rất khó để thiết lập kết nối trên toàn bộ cơ thể. (Dù sao thì chân của mọi người đều dài 1,8 mét, tôi rất khó chịu)
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã mở rộng phạm vi của NFC bằng cách sử dụng các rãnh mà tín hiệu có thể truyền đi với mức suy hao tối thiểu.
Hình ảnh｜BAN dựa trên siêu vật liệu tích hợp dệt may. (Nguồn: Bài bình luận của bài báo này)
Truyền tín hiệu được “mở rộng theo mọi hướng”
Lấy cảm hứng từ sản xuất quần áo vinyl giá rẻ hiện nay, các nhà nghiên cứu đã tích hợp mạng lưới cảm ứng từ điện vào hàng dệt may.
Phương pháp này bỏ qua các kỹ thuật khâu phức tạp và dây đắt tiền cần thiết cho vải mềm trong các thiết bị đeo hiện đại.
Và siêu vật liệu từ tính giúp tín hiệu có thể lan truyền dọc theo đường ray:
Các đường ray này được điều khiển bởi các thành phần riêng lẻ có chu kỳ nhân tạo. Mỗi đơn vị bao gồm một cuộn cảm và một lớp đất có khe. Các bộ phận được kết nối với nhau bằng cách cố định chúng vào vải. Các cuộn cảm liền kề chồng lên nhau tạo thành một cấu trúc gọi là ống dẫn sóng cảm ứng từ.
Khi đầu đọc NFC ở gần bất kỳ ô nào, nó có thể kích thích điện áp và dòng điện trong ô, từ đó kích thích các ô lân cận, tạo thành hiệu ứng ghép nối.
Hiệu ứng ghép nối này gây ra một loạt tín hiệu dọc theo toàn bộ cấu trúc, có thể được mô tả như một sóng lan truyền.
Hình｜Đường dẫn cảm ứng từ tích hợp trong dệt may. Một. Các bước chế tạo bộ cộng hưởng và tích hợp dệt may. b, Hình ảnh phóng to của bộ cộng hưởng cho thấy ống khói của nó. c. Nhiều thiết kế bộ cộng hưởng linh hoạt khác nhau để đạt được khả năng truyền tín hiệu và phân phối công suất tối ưu. d. Mạng lưới mô-đun có thể đeo được tích hợp vào quần áo và được bao phủ bởi lớp vinyl dẫn nhiệt trong suốt đóng vai trò như một bộ kẹp cơ học. ví dụ. Bộ cộng hưởng có thể được thiết kế để bao phủ một vùng trường gần rộng hơn và có thể được nhúng vào các thiết kế vinyl có màu đặc biệt. Điều này cho phép mạng tùy chỉnh chức năng và kiểu dáng. f. Bộ chuyển đổi NFC không cần pin được tích hợp với cảm biến nhiệt độ và độ căng để truyền trạng thái cảm biến tương ứng đến đầu đọc NFC. (Nguồn: Bài báo này)
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hiệu ứng này để tạo ra những vệt sáng chạy dọc cơ thể, chia thành nhiều nhánh và kéo dài qua các khoảng trống giữa các loại quần áo khác nhau.
Họ ví công nghệ này giống như "đường ray" khi chạy ngang qua một mảnh vải có thể truyền tải điện năng và tín hiệu.
Hệ thống này không chỉ giúp bạn dễ dàng thêm các mảnh ghép mới mà còn cho phép các loại trang phục khác nhau "giao tiếp" với nhau.
Đặc biệt, họ lưu ý rằng đầu đọc NFC đeo trong túi quần có thể cấp nguồn cho các cảm biến bán sẵn được gắn trên ngực, bụng, đầu gối và mắt cá chân.
Giáo sư Peter Tseng cho biết: "Điều này có nghĩa là bạn có thể để điện thoại vào túi và chỉ cần cọ xát cơ thể vào các loại vải hoặc đầu đọc khác, điện năng và thông tin sẽ được truyền qua thiết bị của bạn".
Thiết kế sáng tạo này có tính linh hoạt cao và trong khi tập thể dục, chiếc quần có thể đo chuyển động của chân trong khi giao tiếp với phần trên để theo dõi nhịp tim và các số liệu thống kê khác. Hai người mặc bộ đồ này có thể trao đổi thư từ bằng cách chạm cổ tay vào nhau để "chạm tay".
Tác giả đầu tiên của bài báo, Tiến sĩ Amirhossein Hajiaghajani, cho biết ứng dụng y tế của công nghệ này là vô số, chẳng hạn như giải phóng nhân viên bệnh viện khỏi nhiệm vụ gắn một lượng lớn cảm biến bệnh nhân, vì các cảm biến này có thể được tích hợp vào đồng phục y tế được trang bị siêu vật liệu.
Giáo sư Peter Tseng cho biết: "Khi bạn treo quần áo lên đầu đọc không dây, thiết bị điện tử sẽ phát ra tín hiệu để bạn có thể chia sẻ thông tin chỉ bằng một cái vỗ tay hoặc bắt tay".
Hình ｜Sử dụng ống dẫn sóng tích hợp bằng vải cho truyền thông đa bộ đáp và đa băng tần. Một. Áo sơ mi và quần ở phía trên và phía dưới quần/áo sơ mi. Đầu đọc NFC nhận thông tin từ nhiều cảm biến và được kết nối với pin ngoài. b. Việc giám sát hoạt động của con người theo thời gian thực, ngắn hạn và tốc độ thấp được thực hiện thông qua các phép đo đa cảm biến theo thời gian trong BAN. c. Đo hoạt động đi bộ/chạy trong nhà tốc độ cao, dài hạn. d. Giám sát các cảm biến trong quá trình hoạt động trong nhà ở các tốc độ khác nhau. ví dụ. Giám sát mất gói tin dài hạn trong quá trình hoạt động trong nhà. f. Giao tiếp giữa cơ thể với cơ thể đạt được thông qua tính chất cắm và chạy của NFC và khả năng truyền dữ liệu được đo khi bàn tay được đưa lại gần và ra xa trong thời gian dài để thu được nhiều giá trị VD khác nhau. (Nguồn: Bài báo này)
Các nhà nghiên cứu cho biết loại vải của họ có giá thành thấp, dễ sản xuất và có thể kết hợp với nhiều thiết kế mặc thú vị. Hơn thế nữa, họ hy vọng thiết kế này có thể giảm bớt gánh nặng mà các thiết bị điện tử hiện đại mang lại cho cuộc sống của chúng ta.
một con ruồi trong thuốc mỡ
Việc phát minh ra công nghệ này rất mới mẻ, nhưng vẫn còn một số vấn đề cần được nghiên cứu thêm.
Quần áo chúng ta mặc hàng ngày không phải là loại vải dùng một lần nên độ bền của loại vải này rất đáng để cân nhắc. Các nhà nghiên cứu cho biết loại vải này có thể chịu được chu kỳ giặt, nhưng có thể sẽ cần vật liệu dẫn điện bền hơn để chịu được sự hao mòn hàng ngày.
Thứ hai, sự tương tác của vải với nhiều đầu đọc hoặc cảm biến hơn vẫn là một hướng phát triển. Liệu điện thoại thông minh và cảm biến gắn trên da có thể đạt được hiệu suất tương tự như các nguyên mẫu bảng mạch hay không vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải.
Công nghệ làm cho cuộc sống của chúng ta thông minh hơn. Trong tương lai, chúng ta sẽ không còn hài lòng với sự kết nối giữa máy móc và cuộc trò chuyện giữa con người nữa mà sẽ hài lòng hơn với sự tương tác giữa con người và máy móc.
Thông qua tương tác giữa con người và máy tính, chúng ta có thể giao tiếp một cách thầm lặng như các Avatar trong "Avatar"; chúng ta có thể không còn cần sử dụng màn hình điện thoại di động nữa và có thể vận hành thiết bị chỉ bằng cử chỉ; sự phát triển của khoa học công nghệ chắc chắn sẽ mang lại cho chúng ta nhiều tiện lợi hơn.
Tài liệu tham khảo:
https://www.nature.com/articles/s41928-021-00663-0
https://www.nature.com/articles/s41928-021-00674-x
https://techxplore.com/news/2021-11-uci-people-high-5.html
Nguồn: Tiêu đề học thuật
Viết bởi: Hao Jing Biên tập bởi: Kou Jianchao
