Fundamentalny przełom w projektowaniu rozciągliwych cewek indukcyjnych, dokonany przez naukowców z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii, rozwiązuje kluczową barierę w inteligentnych urządzeniach noszonych: utrzymanie stałej wydajności indukcyjnej podczas ruchu. Ich praca, opublikowana w czasopiśmie „Materials Today Physics”, ustanawia współczynnik kształtu (AR) jako decydujący parametr kontroli reakcji indukcyjnej na naprężenia mechaniczne.
Optymalizując wartości AR, zespół zaprojektował cewki planarne, które charakteryzują się niemal niezmienniczością odkształceń, wykazując zmianę indukcyjności poniżej 1% przy wydłużeniu 50%. Ta stabilność umożliwia niezawodne bezprzewodowe przesyłanie energii (WPT) i komunikację NFC w dynamicznych urządzeniach noszonych. Jednocześnie konfiguracje o wysokim AR (AR>10) działają jako ultraczułe czujniki odkształceń z rozdzielczością 0,01%, idealne do precyzyjnego monitorowania parametrów fizjologicznych.
Zrealizowano funkcjonalność podwójnego trybu:
1. Bezkompromisowa moc i dane: Cewki o niskim współczynniku AR (AR = 1,2) charakteryzują się wyjątkową stabilnością, ograniczając dryft częstotliwości w oscylatorach LC do zaledwie 0,3% przy 50% obciążeniu – znacznie przewyższając konwencjonalne konstrukcje. Zapewnia to stałą wydajność WPT (>85% przy odległości 3 cm) i solidne sygnały NFC (wahania <2 dB), co jest kluczowe dla implantów medycznych i urządzeń noszonych z ciągłą łącznością.
2. Czujniki klasy klinicznej: Cewki o wysokim współczynniku AR (AR=10,5) pełnią funkcję precyzyjnych czujników o minimalnej wrażliwości krzyżowej na temperaturę (25–45°C) lub ciśnienie. Zintegrowane matryce umożliwiają śledzenie w czasie rzeczywistym złożonej biomechaniki, w tym kinematyki palców, siły chwytu (rozdzielczość 0,1 N) oraz wczesne wykrywanie patologicznych drżeń (np. w chorobie Parkinsona z częstotliwością 4–7 Hz).
Integracja systemów i wpływ:
Te programowalne induktory rozwiązują historyczny problem kompromisu między stabilnością a czułością w rozciągliwej elektronice. Ich synergia ze zminiaturyzowanymi modułami ładowania bezprzewodowego zgodnymi ze standardem Qi i zaawansowanymi zabezpieczeniami obwodów (np. bezpiecznikami resetowalnymi, układami scalonymi eFuse) optymalizuje wydajność (>75%) i bezpieczeństwo w ograniczonych przestrzennie ładowarkach przenośnych. Ta oparta na rozszerzonej rzeczywistości platforma zapewnia uniwersalną metodologię projektowania do osadzania wytrzymałych systemów indukcyjnych w elastycznych podłożach.
Droga naprzód:
W połączeniu z nowymi technologiami, takimi jak samoistnie rozciągliwe tryboelektryczne nanogeneratory, cewki te przyspieszają rozwój samowystarczalnych urządzeń medycznych typu wearable. Platformy te zapewniają ciągły, precyzyjny monitoring fizjologiczny w połączeniu z niezawodną komunikacją bezprzewodową, eliminując zależność od sztywnych komponentów. Czas wdrożenia zaawansowanych inteligentnych tekstyliów, interfejsów AR/VR oraz systemów zarządzania chorobami przewlekłymi ulega znacznemu skróceniu.
„Ta praca przenosi elektronikę noszoną z kompromisu na synergię” – stwierdził główny badacz. „Obecnie osiągamy jednocześnie czujniki klasy laboratoryjnej i niezawodność na poziomie wojskowym w platformach w pełni zgodnych ze skórą”.
Czas publikacji: 26-06-2025