Фундаментальний прорив у розробці розтяжних індукторів, досягнутий дослідниками з Китайського університету науки і технологій, вирішує критичну перешкоду в інтелектуальних носимих пристроях: підтримку стабільної індуктивної продуктивності під час руху. Опублікована в Materials Today Physics, їхня робота встановлює співвідношення сторін (AR) як вирішальний параметр для контролю індуктивної реакції на механічне напруження.
Оптимізуючи значення AR, команда розробила планарні котушки, що досягають майже незмінності деформації, демонструючи зміну індуктивності менше 1% при подовженні 50%. Ця стабільність забезпечує надійну бездротову передачу енергії (WPT) та NFC-зв'язок у динамічних носимих пристроях. Одночасно, конфігурації з високим AR (AR>10) функціонують як надчутливі датчики деформації з роздільною здатністю 0,01%, що ідеально підходить для точного фізіологічного моніторингу.
Реалізована дворежимна функціональність:
1. Безкомпромісна потужність і передача даних: Котушки з низьким коефіцієнтом AR (AR=1,2) демонструють виняткову стабільність, обмежуючи дрейф частоти в LC-генераторах до лише 0,3% при 50% деформації – значно перевершуючи традиційні конструкції. Це забезпечує стабільну ефективність WPT (>85% на відстані 3 см) та надійні сигнали NFC (коливання <2 дБ), що критично важливо для медичних імплантатів та постійно підключених носимих пристроїв.
2. Клінічні датчики: котушки з високим коефіцієнтом AR (AR=10,5) служать прецизійними датчиками з мінімальною перехресною чутливістю до температури (25-45°C) або тиску. Інтегровані масиви дозволяють відстежувати складну біомеханіку в режимі реального часу, включаючи кінематику пальців, силу стискання (роздільна здатність 0,1 Н) та раннє виявлення патологічного тремору (наприклад, хвороба Паркінсона при 4-7 Гц).
Системна інтеграція та вплив:
Ці програмовані індуктори вирішують проблему історичного компромісу між стабільністю та чутливістю в розтяжній електроніці. Їх синергія з мініатюрними модулями бездротової зарядки стандарту Qi та вдосконаленим захистом схем (наприклад, скиданими запобіжниками, мікросхемами eFuse) оптимізує ефективність (>75%) та безпеку в обмежених просторових зарядних пристроях, що носиться. Ця платформа на основі доповненої реальності (AR) забезпечує універсальну методологію проектування для вбудовування надійних індуктивних систем у еластичні підкладки.
Шлях уперед:
У поєднанні з новими технологіями, такими як внутрішньо розтяжні трибоелектричні наногенератори, ці котушки прискорюють розробку автономних носимих медичних пристроїв. Такі платформи обіцяють безперервний, високоточний фізіологічний моніторинг у поєднанні з безперебійним бездротовим зв'язком, що усуває залежність від жорстких компонентів. Терміни розгортання передових інтелектуальних текстильних виробів, інтерфейсів AR/VR та систем управління хронічними захворюваннями значно скорочуються.
«Ця робота переводить носимну електроніку від компромісу до синергії», – заявив провідний дослідник. «Тепер ми одночасно досягаємо сенсорних характеристик лабораторного рівня та надійності військового рівня на платформах, що дійсно відповідають шкірі».
Час публікації: 26 червня 2025 р.