Draagbare mens-machine interface-apparaten, HMI's, kunnen worden gebruikt om machines, computers, muziekspelers en andere systemen te besturen. Een uitdaging voor conventionele HMI's is de aanwezigheid van zweet op de menselijke huid.

In Recensies Toegepaste Natuurkunde , beschrijven wetenschappers van UCLA hun ontwikkeling van een type HMI dat rekbaar, goedkoop en waterdicht is. Het apparaat is gebaseerd op een zachte magneto-elastische sensorarray die mechanische druk van een vingerdruk omzet in een elektrisch signaal.

Het apparaat bestaat uit twee hoofdcomponenten. De eerste component is een laag die mechanische beweging vertaalt naar een magnetische respons. Het bestaat uit een set micromagneten in een poreuze siliconenmatrix die de zachte vingertopdruk kan omzetten in een magnetische veldvariatie.

De tweede component is een magnetische inductielaag die bestaat uit spoelen van vloeibaar metaal met patronen. Deze spoelen reageren op veranderingen in het magnetische veld en wekken elektriciteit op door het fenomeen van elektromagnetische inductie.

"Dankzij de flexibiliteit en duurzaamheid van het materiaal kan de magneto-elastische sensorarray stabiel vermogen genereren onder vervormingen, zoals rollen, vouwen en uitrekken", zegt auteur Jun Chen van UCLA. "Dankzij deze aantrekkelijke eigenschappen kan het apparaat worden gebruikt voor door het menselijk lichaam aangedreven HMI door menselijke biomechanische activiteiten om te zetten in elektrische signalen."

De kracht die nodig is om de HMI te laten werken, komt van de bewegingen van de drager. Dit betekent dat er geen batterijen of andere externe voedingscomponenten nodig zijn, wat de HMI milieuvriendelijker en duurzamer maakt.

Het apparaat is getest in verschillende praktijksituaties, waaronder in de aanwezigheid van een waterstraal, zoals die kan optreden onder de douche, een regenbui of tijdens krachtige atletische activiteiten. Het apparaat werkte goed als het nat was, omdat het magnetische veld niet erg werd beïnvloed door de aanwezigheid van water.

De onderzoekers bestudeerden een reeks fabricage- en assemblagetechnieken om de biomechanische-naar-elektrische energieconversie van het apparaat te optimaliseren. Ze ontdekten dat ze een evenwicht konden bereiken tussen prestaties en flexibiliteit door de dikte van de flexibele film en de concentratie van de magnetische deeltjes te regelen.

Om hun systeem te testen, voerden de onderzoekers een reeks experimenten uit waarbij een proefpersoon met zijn vingers tikte om een ​​lamp aan en uit te doen en een muziekspeler te bedienen.

"Onze magneto-elastische sensorarray functioneert niet alleen draadloos als de aan- en uitknop van een lamp, maar bestuurt ook de commandofuncties van een muziekspeler, die de acties afspelen, pauzeren, volgende en vorige vertegenwoordigen," zei Chen.

Deze tests beloven nieuwe toepassingen voor veelzijdige waterbestendige HMI's die kunnen worden gebruikt om vele soorten slimme apparaten te bedienen.

Het artikel is getiteld "Een programmeerbare magneto-elastische sensorarray voor zelfaangedreven mens-machine-interface." + Verder verkennen

Bio-ingenieurs ontwikkelen nieuwe klasse van door mensen aangedreven bio-elektronica