在過去的十年中，電子學的主要趨勢是無縫集成到人體中的傳感器，顯示器和智能設備的發(fā)展。這些可穿戴設備中的大多數都單獨連接到用戶的智能手機，并通過藍牙或Wi-Fi信號傳輸所有數據。但是，隨著消費者佩戴越來越多的可穿戴設備，并且隨著他們傳輸的數據越來越復雜，人們正在尋求更多創(chuàng)新的連接方法。

現在，新加坡國立大學(NUS)的研究人員發(fā)明了一種可穿戴設備互連的全新方法。他們將導電紡織品整合到衣服中，以動態(tài)地動態(tài)連接多個可穿戴設備。這種“無線人體傳感器網絡”使設備能夠以比傳統技術強1000倍的信號傳輸數據，這意味著所有設備的電池壽命都得到了顯著改善。這些可穿戴設備在人體上的無線網絡在健康監(jiān)測，醫(yī)療干預和人機界面方面有未來的應用。

這項技術突破需要10名成員的團隊一年才能實現，并于2019年6月17日作為《自然電子》的封面發(fā)表。

更好的數據傳輸，更大的隱私

當前，幾乎所有的人體傳感器(如智能手表)都通過藍牙和Wi-Fi等無線電波連接到智能手機和其他可穿戴電子設備。這些波向各個方向向外輻射，這意味著大部分能量都流失到周圍區(qū)域。這種連接方法極大地降低了可穿戴技術的效率，因為在嘗試連接時會消耗其大部分電池壽命。

因此，來自健康創(chuàng)新與技術研究所(NUS iHealthtech)和NUS工程學院的助理教授John Ho及其團隊希望將傳感器之間的信號限制在更靠近人體的位置，以提高效率。

他們的解決方案是使用稱為超材料的導電紡織品增強常規(guī)服裝的質量。這些超材料不是向周圍的空間發(fā)送波浪，而是能夠產生“表面波浪”，這些表面波浪可以無線地在衣服上的身體周圍滑動。這意味著設備之間的信號能量保持在靠近人體的位置，而不是在所有方向上傳播。因此，可穿戴電子設備消耗的功率比正常情況少得多，并且設備可以檢測到弱得多的信號。

“這項創(chuàng)新技術可以在設備之間以降低1000倍的功率水平完美傳輸數據?；蛘?，這些超材料織物可以將接收到的信號增強1000倍，從而可以在相同功率下顯著提高數據傳輸率，”何教授說。實際上，設備之間的信號是如此強大，以至于可以將電力從智能手機無線傳輸到設備本身，從而為無電池可穿戴設備打開了大門。

至關重要的是，這種信號增強功能不需要對智能手機或藍牙設備進行任何更改-超材料可與設計頻段中的任何現有無線設備一起使用。

與常規(guī)方法相比，本發(fā)明的聯網設備的方式還提供了更多的保密性。當前，無線電波從佩戴設備的人向外幾米處發(fā)射信號，這意味著個人和敏感信息可能容易受到潛在的竊聽者的攻擊。通過將無線通信信號限制在距人體10厘米以內，何教授和他的團隊創(chuàng)建了一個更加安全的網絡。

智能設計，增強功能

該團隊擁有超常材料紡織品設計的第一年臨時專利，該專利由衣服頂部的梳形超材料帶和下面的無圖案導體層組成。然后可以將這些條帶以連接身體所有區(qū)域所需的任何樣式布置在衣服上。超材料本身具有成本效益，在每米幾美元的范圍內，可以很容易地成卷購買。

“我們首先使用一種既扁平又可以支撐表面波的特異材料。我們不得不重新設計該結構，以使其能夠在藍牙和Wi-Fi所使用的頻率下工作，即使在靠近人體的情況下也能保持良好的性能，并且可以通過切割導電織物來批量生產。”何教授解釋說。

該團隊的特殊設計是在計算機模型的幫助下完成的，以確保在射頻范圍內成功進行通信并優(yōu)化整體功效。然后，通過激光切割導電超材料并用織物粘合劑將條帶附著來制造智能服裝。

一旦制成，“智能”衣服就非常堅固。它們可以折疊和彎曲，而對信號強度的損失最小，并且甚至可以在不影響無線功能的情況下切割或撕裂導電帶。衣服也可以像普通衣服一樣被洗滌，干燥和熨燙。

下一步

該團隊正在與潛在的合作伙伴進行交流，以使這項技術商業(yè)化，并且在不久的將來，何教授希望能夠測試“智能”紡織品作為專業(yè)運動服裝，并讓醫(yī)院患者監(jiān)測其性能和健康狀況。潛在的應用范圍很廣-從測量患者的生命體征而不抑制其活動自由，到單手運動即可調節(jié)運動員無線耳機的音量。