3D 刺绣遇见人工智能：用于智能设备控制的织物触摸传感器
北卡罗来纳州立大学，北卡罗来纳州罗利
该传感器由由两种摩擦电材料组成的纱线制成，一种带正电荷，另一种带负电荷，使用刺绣机将其集成到传统的纺织面料中。 （图片来源：北卡罗来纳州立大学）北卡罗来纳州立大学的一项新研究将三维刺绣技术与机器学习相结合，创建了一种基于织物的传感器，可以通过触摸控制电子设备。
随着可穿戴电子产品领域越来越受到人们的关注，并且新功能被添加到服装中，能够控制这些功能的基于刺绣的传感器或“按钮”变得越来越重要。该传感器集成到衣服的面料中，可以完全通过触摸激活和控制移动应用程序等电子设备。
该设备由两部分组成：刺绣压力传感器本身和处理和分发该传感器收集的数据的微芯片。该传感器是摩擦电传感器，这意味着它利用多层之间的摩擦产生的电荷为自身供电。它由两种摩擦电材料（一种带正电荷，另一种带负电荷）组成的纱线制成，并使用刺绣机将其集成到传统的纺织面料中。
该研究的通讯作者尹荣表示，传感器的三维结构对于正确定位非常重要。
“因为压力传感器是摩擦电的，所以它需要有两层，它们之间有一个间隙。这个间隙是这个过程中的困难部分之一，因为我们使用的刺绣通常是二维的。这是一种装饰织物的技术，”他说。 “以这种方式制作三维结构具有挑战性。通过使用垫片，我们能够控制两层之间的间隙，从而控制传感器的输出。”
来自压力传感器的数据随后被发送到微芯片，微芯片负责将原始输入转换为任何连接设备的特定指令。尹说，机器学习算法是确保其顺利运行的关键。该设备需要能够区分分配给不同功能的手势之间的差异，并忽略可能来自布料正常运动的任何无意输入。
“有时传感器获取的数据不是很准确，这种情况可能由于各种原因而发生，”尹说。 “有时数据会受到温度或湿度等环境因素的影响，或者传感器错误地触摸某些东西。通过使用机器学习，我们可以训练设备识别这些东西。
“机器学习还允许这个非常小的设备完成许多不同的任务，因为它可以识别不同类型的输入。”
研究人员通过开发一个简单的音乐播放移动应用程序来演示这种输入识别，该应用程序通过蓝牙连接到传感器。他们为该应用程序设计了六种功能：播放/暂停、下一首歌曲、最后一首歌曲、音量增大、音量减小和静音，每个功能都由传感器上的不同手势控制。研究人员能够使用该设备执行其他一些功能，包括设置和输入密码以及控制视频游戏。
尹说，这个想法仍处于早期阶段，因为现有的刺绣技术无法轻松处理用于创建传感器的材料类型。尽管如此，新传感器代表了正在发展的可穿戴电子产品难题的另一部分，它肯定会在不久的将来继续引起人们的兴趣。
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