Investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama han desarrollado un dispositivo portátil de medición elástico y de alta precisión que combina materiales poliméricos blandos y elementos electrónicos rígidos.Este dispositivo puede medir con precisión datos inerciales incluso si se extiende hasta 2,5 veces su longitud.

La combinación de este dispositivo extensible de alta precisión yaprendizaje automáticologró múltiples tipos de reconocimiento de movimiento con una alta tasa de precisión.Las posibles aplicaciones de esta tecnología han llevado a la realización de sistemas que integran diversos componentes electrónicos blandos y rígidos con la tecnología de la información.

Los dispositivos portátiles y extensibles que pueden detectar información física y bioeléctrica de forma rápida y precisa se utilizan cada vez más para cosas como el seguimiento de la salud y la medición del movimiento.Sin embargo, es difícil fabricar un dispositivo que sea lo suficientemente elástico para ser cómodo y lo suficientemente rígido para detectar datos con precisión.

El aprendizaje automático puede ayudar a que estos dispositivos sean más potentes, pero para integrar la tecnología será necesario desarrollar dispositivos portátiles híbridos y elásticos que combinen comodidad y procesamiento de datos estable.

un papelpublicadoenDispositivoel 7 de agosto describe cómo se pueden utilizar circuitos integrados rígidos colocados en capas sobre un sustrato flexible para mejorar el rendimiento de los dispositivos portátiles.

"Se han desarrollado dispositivos extensibles que combinan circuitos integrados de sensores de alto rendimiento basados ​​en electrónica de estado sólido, pero carecen de la capacidad de estiramiento para adaptarse a grandes deformaciones de más de dos veces el alargamiento. Estos factores han limitado el desarrollo de sistemas integrados para dispositivos extensibles y máquinas.aprendizaje", afirmó Hiroki Ota, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Yokohama.

De hecho, explicó Ota, actualmente no hay dispositivos disponibles en el mercado que puedan medir con alta precisión y alta repetibilidad entre dispositivos estirables (o dispositivos que tengan alta deformabilidad).

En este estudio, los investigadores se centraron en desarrollar dispositivos portátiles de captura de movimiento con aprendizaje automático integrado.Los dispositivos eran muy deformables, lo que significaba que eran flexibles y podían adaptarse al cuerpo.

Se desarrollaron estructuras llamadas estructuras protectoras de rigidez heterogénea para proporcionar estabilidad adicional a los dispositivos portátiles flexibles.Estas estructuras protegieron elcableado electricoy tenía tres capas: una capa dura, una capa intermedia y una capa blanda.

La capa suave aseguró que el dispositivo permaneciera elástico y las capas más duras mantuvieron la integridad de los sensores en el dispositivo.También se utilizó pasta de metal líquido en todo el dispositivo, incluso para desarrollar el cableado, para garantizar que el dispositivo permaneciera flexible.

"La fusión de materiales estirables y elementos rígidos basados ​​en electrónica de estado sólido crea dispositivos novedosos que combinan elasticidad con altas capacidades de computación y medición. Estos dispositivos promueven la integración con sistemas de aprendizaje automático, donde la reproducibilidad de los datos es crítica", dijo Ota.

Para probar el poder deldispositivo portátil, los investigadores realizaron tres tareas: estimación de la propia forma de los nudos, reconocimiento de escritura en el aire y reconocimiento del lenguaje de signos.Los investigadores también probaron qué tan bien el dispositivo seguía funcionando mientras se estiraba.

En comparación con versiones anteriores de dispositivos portátiles que solo tienen una placa de circuito, el dispositivo recientemente desarrollado con una estructura protectora de rigidez heterogénea fue mejor para manejar el alargamiento y el estiramiento.El dispositivo con solo la placa de circuito y la capa blanda mostró tensión con un alargamiento del 30% y se rompió con un alargamiento del 100%.

En comparación, con un alargamiento del 100%, el dispositivo con la estructura protectora de rigidez heterogénea no mostró ningún signo de tensión dañina y continuó funcionando incluso si se estiró al 150%.

Los dispositivos también se probaron para ver qué tan bien se desempeñaban en ciertas tareas asignadas, incluido el reconocimiento de las letras escritas con los dedos y el reconocimiento del lenguaje de señas.

Actualmente, los dispositivos portátiles utilizados para rastrear la ortografía de los dedos tienen dificultades con movimientos paralelos sin doblar los dedos.El dispositivo de rigidez heterogénea recientemente desarrollado pudo clasificar con precisión entre el 91% y el 98% de las letras escritas, según el modelo de procesamiento utilizado para analizar los datos, pero se necesita investigación adicional para comprender las diferencias en los modelos de entrenamiento.

Los investigadores también postularon que la tecnología podría ir más allá de la escritura con los dedos y reconocer el lenguaje de señas americano, una tecnología muy buscada.Sin embargo, los desafíos para desarrollar esta tecnología van más allá de las limitaciones de los dispositivos portátiles y extensibles y se necesita desarrollo adicional.

De cara al futuro, los investigadores planean desarrollar más dispositivos con esta nueva tecnología.

"En última instancia, nuestro objetivo es lograr una electrónica híbrida extensible que integre la electrónica de estado sólido y la electrónica extensible utilizando las propiedades electrónicas de dispositivos rígidos y materiales elásticos, e integrándolas con la tecnología de procesamiento de información", dijo Ota.