ตัวเหนี่ยวนำที่ไม่แปรผันตามความเครียดช่วยให้อุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะรุ่นต่อไปเกิดขึ้นได้

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการออกแบบตัวเหนี่ยวนำแบบยืดหยุ่นโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ได้แก้ไขอุปสรรคสำคัญในอุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะ นั่นคือการรักษาประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำให้สม่ำเสมอขณะเคลื่อนไหว ผลงานของพวกเขาตีพิมพ์ในวารสาร Materials Today Physics โดยกำหนดอัตราส่วนภาพ (AR) ให้เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการควบคุมการตอบสนองแบบเหนี่ยวนำต่อความเครียดเชิงกล

ด้วยการปรับค่า AR ให้เหมาะสมที่สุด ทีมงานได้ออกแบบคอยล์ระนาบให้มีค่าความคงตัวใกล้เคียงค่าความเครียด (near strain invariance) โดยแสดงการเปลี่ยนแปลงความเหนี่ยวนำน้อยกว่า 1% ภายใต้การยืดตัว 50% ความเสถียรนี้ช่วยให้การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย (WPT) และการสื่อสาร NFC ที่เชื่อถือได้ในแอปพลิเคชันแบบสวมใส่แบบไดนามิก ขณะเดียวกัน การกำหนดค่า AR สูง (AR>10) ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์วัดความเครียดที่มีความไวสูงพิเศษ ความละเอียด 0.01% เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบทางสรีรวิทยาที่แม่นยำ

ฟังก์ชันการทำงานแบบโหมดคู่ที่ทำได้จริง:
1. พลังงานและข้อมูลที่เหนือกว่า: คอยล์ที่มีค่า AR ต่ำ (AR=1.2) มีเสถียรภาพที่ยอดเยี่ยม โดยจำกัดค่าความคลาดเคลื่อนของความถี่ในออสซิลเลเตอร์ LC ไว้ที่เพียง 0.3% ภายใต้ความเครียด 50% ซึ่งเหนือกว่าออสซิลเลเตอร์แบบเดิมอย่างเห็นได้ชัด มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพ WPT ที่สม่ำเสมอ (>85% ที่ระยะห่าง 3 ซม.) และสัญญาณ NFC ที่แข็งแกร่ง (ความผันผวน <2dB) ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์ฝังในร่างกายทางการแพทย์และอุปกรณ์สวมใส่ที่เชื่อมต่อตลอดเวลา
2. การตรวจจับระดับคลินิก: คอยล์ AR สูง (AR=10.5) ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำ โดยมีความไวต่ออุณหภูมิ (25-45°C) หรือความดันน้อยที่สุด อาร์เรย์แบบบูรณาการช่วยให้สามารถติดตามชีวกลศาสตร์ที่ซับซ้อนได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งรวมถึงจลนศาสตร์ของนิ้วมือ แรงบีบ (ความละเอียด 0.1N) และการตรวจจับอาการสั่นผิดปกติตั้งแต่ระยะเริ่มต้น (เช่น โรคพาร์กินสันที่ความถี่ 4-7Hz)

การบูรณาการระบบและผลกระทบ:
ตัวเหนี่ยวนำแบบตั้งโปรแกรมได้เหล่านี้ช่วยแก้ปัญหาความสมดุลระหว่างเสถียรภาพและความไวในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น การทำงานร่วมกับโมดูลชาร์จไร้สายมาตรฐาน Qi ขนาดเล็กและการป้องกันวงจรขั้นสูง (เช่น ฟิวส์แบบรีเซ็ตได้ และไอซี eFuse) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ (>75%) และความปลอดภัยสูงสุดในอุปกรณ์ชาร์จแบบสวมใส่ที่มีพื้นที่จำกัด กรอบการทำงานที่ขับเคลื่อนด้วย AR นี้เป็นแนวทางการออกแบบที่เป็นสากลสำหรับการฝังระบบเหนี่ยวนำที่ทนทานลงในวัสดุรองรับแบบยืดหยุ่น

เส้นทางข้างหน้า:
เมื่อผสานรวมกับเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น เครื่องกำเนิดนาโนไทรโบอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นได้ คอยล์เหล่านี้จะช่วยเร่งการพัฒนาอุปกรณ์สวมใส่ทางการแพทย์ที่ใช้พลังงานได้ด้วยตัวเอง แพลตฟอร์มเหล่านี้รับประกันการติดตามผลทางสรีรวิทยาอย่างต่อเนื่องและแม่นยำสูง ควบคู่ไปกับการสื่อสารไร้สายที่เสถียร ช่วยลดการพึ่งพาส่วนประกอบที่แข็งแรง ระยะเวลาการใช้งานสำหรับสิ่งทออัจฉริยะขั้นสูง อินเทอร์เฟซ AR/VR และระบบการจัดการโรคเรื้อรังจะสั้นลงอย่างมาก

งานวิจัยนี้เปลี่ยนผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่จากข้อจำกัดไปสู่การทำงานร่วมกัน” หัวหน้านักวิจัยกล่าว “ขณะนี้ เราประสบความสำเร็จในการตรวจวัดระดับห้องปฏิบัติการและความน่าเชื่อถือระดับทหารบนแพลตฟอร์มที่สอดคล้องกับผิวหนังอย่างแท้จริง”