Menneske-maskine-grænseflader fungerer under vandet, genererer deres egen kraft

Bærbare menneske-maskine interface-enheder, HMI'er, kan bruges til at styre maskiner, computere, musikafspillere og andre systemer. En udfordring for konventionelle HMI'er er tilstedeværelsen af ​​sved på menneskelig hud.

I Anvendt fysikanmeldelser , beskriver forskere ved UCLA deres udvikling af en type HMI, der er strækbar, billig og vandtæt. Enheden er baseret på et blødt magnetoelastisk sensorarray, der konverterer mekanisk tryk fra et fingertryk til et elektrisk signal.

Enheden omfatter to hovedkomponenter. Den første komponent er et lag, der oversætter mekanisk bevægelse til en magnetisk reaktion. Den består af et sæt mikromagneter i en porøs silikonematrix, der kan omdanne det blide fingerspidstryk til en magnetisk feltvariation.

Den anden komponent er et magnetisk induktionslag bestående af mønstrede flydende metalspoler. Disse spoler reagerer på magnetfeltændringerne og genererer elektricitet gennem fænomenet elektromagnetisk induktion.

"På grund af materialets fleksibilitet og holdbarhed kan det magnetoelastiske sensorarray generere stabil kraft under deformationer, såsom rulning, foldning og strækning," sagde forfatter Jun Chen, fra UCLA. "På grund af disse overbevisende funktioner kan enheden anvendes til menneskelig kropsdrevet HMI ved at transformere menneskelige biomekaniske aktiviteter til elektriske signaler."

Den kraft, der kræves for at køre HMI'et, kommer fra bærerens bevægelser. Det betyder, at der ikke kræves batterier eller andre eksterne strømkomponenter, hvilket gør HMI'et mere miljøvenligt og bæredygtigt.

Enheden blev testet i en række situationer i den virkelige verden, herunder i tilstedeværelsen af ​​en vandspray, som kan forekomme i bruseren, en regnstorm eller under kraftig atletisk aktivitet. Enheden fungerede godt, når den var våd, da magnetfeltet ikke var meget påvirket af tilstedeværelsen af ​​vand.

Efterforskerne studerede en række fremstillings- og monteringsteknikker for at optimere den biomekaniske-til-elektriske energiomdannelse af enheden. De fandt ud af, at de kunne opnå en balance mellem ydeevne og fleksibilitet ved at kontrollere tykkelsen af ​​den fleksible film og koncentrationen af ​​de magnetiske partikler.

For at teste deres system udførte efterforskerne en række eksperimenter, hvor en forsøgsperson brugte fingertryk for at slukke og tænde en lampe og styre en musikafspiller.

"Vores magnetoelastiske sensorarray fungerer ikke kun trådløst som tænd- og slukknapper på en lampe, men styrer også en musikafspillers kommandofunktioner, der repræsenterer handlingerne afspilning, pause, næste og forrige," sagde Chen.

Disse test lover nye applikationer til alsidige vandtætte HMI'er, der kan bruges til at styre mange typer smartenheder.

Artiklen har titlen "Et programmerbart magnetoelastisk sensorarray til selvdrevet menneske-maskine-interface." + Udforsk yderligere

Bioingeniører udvikler ny klasse af menneskedrevet bioelektronik