Ett grundläggande genombrott inom design av töjbara induktorer av forskare vid University of Science and Technology of China adresserar ett kritiskt hinder inom smarta bärbara enheter: att bibehålla konsekvent induktiv prestanda under rörelse. Deras arbete, som publiceras i Materials Today Physics, fastställer bildförhållande (AR) som den avgörande parametern för att kontrollera induktiv respons på mekanisk belastning.
Genom att optimera AR-värden konstruerade teamet plana spolar som uppnådde nära töjningsinvarians, vilket uppvisade mindre än 1 % induktansförändring under 50 % töjning. Denna stabilitet möjliggör tillförlitlig trådlös effektöverföring (WPT) och NFC-kommunikation i dynamiska bärbara applikationer. Samtidigt fungerar konfigurationer med hög AR (AR>10) som ultrakänsliga töjningssensorer med 0,01 % upplösning, idealiska för precisionsfysiologisk övervakning.
Dubbellägesfunktionalitet realiserad:
1. Kompromisslös effekt och data: Spolar med låg AR (AR=1,2) uppvisar exceptionell stabilitet och begränsar frekvensdriften i LC-oscillatorer till bara 0,3 % under 50 % belastning – vilket avsevärt överträffar konventionella konstruktioner. Detta säkerställer konsekvent WPT-effektivitet (>85 % på 3 cm avstånd) och robusta NFC-signaler (<2 dB fluktuation), vilket är avgörande för medicinska implantat och ständigt uppkopplade bärbara enheter.
2. Klinisk avkänning: Hög-AR-spolar (AR=10,5) fungerar som precisionssensorer med minimal korskänslighet för temperatur (25–45 °C) eller tryck. Integrerade matriser möjliggör realtidsspårning av komplex biomekanik, inklusive fingerkinematik, greppkraft (0,1 N upplösning) och tidig upptäckt av patologiska tremor (t.ex. Parkinsons sjukdom vid 4–7 Hz).
Systemintegration och påverkan:
Dessa programmerbara induktorer löser den historiska avvägningen mellan stabilitet och känslighet i töjbar elektronik. Deras synergi med miniatyriserade trådlösa laddningsmoduler enligt Qi-standard och avancerat kretsskydd (t.ex. återställningsbara säkringar, eFuse-IC:er) optimerar effektiviteten (>75 %) och säkerheten i utrymmesbegränsade bärbara laddare. Detta AR-drivna ramverk tillhandahåller en universell designmetodik för att bädda in robusta induktiva system i elastiska substrat.
Vägen framåt:
I kombination med nya tekniker som i sig töjbara triboelektriska nanogeneratorer accelererar dessa spolar utvecklingen av självdrivna, medicinskt klassade bärbara enheter. Sådana plattformar utlovar kontinuerlig, högkvalitativ fysiologisk övervakning i kombination med orubblig trådlös kommunikation – vilket eliminerar beroendet av stela komponenter. Implementeringstiderna för avancerade smarta textilier, AR/VR-gränssnitt och system för hantering av kroniska sjukdomar förkortas avsevärt.
"Det här arbetet övergår bärbar elektronik från kompromiss till synergi", konstaterade huvudforskaren. "Vi uppnår nu samtidigt sensorer i laboratorieklass och tillförlitlighet i militärklass i verkligt hudanpassade plattformar."
Publiceringstid: 26 juni 2025