เครื่องซักผ้าทำความสะอาดเสื้อผ้าอย่างไร

เราทุ่มเทให้กับเสื้อผ้าของเราเป็นอย่างมาก และหากสิ่งทออัจฉริยะแห่งอนาคตจะอยู่รอดได้ในทุกสิ่งที่เราทุ่มให้กับพวกเขา ส่วนประกอบของเสื้อผ้าก็จะต้องมีความยืดหยุ่น ตอนนี้ นักวิจัยจาก Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences และ Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ได้พัฒนาเซนเซอร์ตรวจจับความเครียดที่มีความไวสูงและยืดหยุ่นสูงซึ่งสามารถฝังอยู่ในสิ่งทอและระบบหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่มได้ งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารNature Oluwaseun Araromi ผู้ร่วมวิจัยด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมเครื่องกลของ SEAS และ Wyss Institute และผู้เขียนบทความคนแรกกล่าวว่า "เครื่องวัดความเครียดแบบอ่อนในปัจจุบันมีความอ่อนไหวมาก แต่ก็เปราะบางเช่นกัน" "ปัญหาคือเรากำลังทำงานในกระบวนทัศน์แบบ oxymoronic เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงมักจะเปราะบางมาก และเซ็นเซอร์ที่แข็งแรงมากมักจะไม่ไวมาก ดังนั้น เราจำเป็นต้องค้นหากลไกที่สามารถให้คุณสมบัติแต่ละอย่างเพียงพอ" ในท้ายที่สุด นักวิจัยได้สร้างการออกแบบที่มีลักษณะและพฤติกรรมคล้ายกับ Slinky เป็นอย่างมาก “สลิงกี้เป็นทรงกระบอกแข็งที่ทำจากโลหะแข็ง แต่ถ้าคุณสร้างมันให้เป็นรูปทรงเกลียว มันจะยืดออกได้” อาราโรมีกล่าว "นั่นคือสิ่งที่เราทำที่นี่ เราเริ่มต้นด้วยวัสดุเทกองที่มีความแข็ง ในกรณีนี้คือคาร์บอนไฟเบอร์ และออกแบบลวดลายในลักษณะที่วัสดุสามารถยืดได้" รูปแบบนี้เรียกว่าคดเคี้ยวคดเคี้ยวเพราะขึ้นและลงที่แหลมคมคล้ายกับการเลื้อยของงู จากนั้น เส้นใยคาร์บอนนำไฟฟ้าที่มีลวดลายจะถูกประกบระหว่างวัสดุพิมพ์ยืดหยุ่นสองชนิด ค่าการนำไฟฟ้าโดยรวมของเซ็นเซอร์เปลี่ยนไปเมื่อขอบของคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีลวดลายสัมผัสกัน คล้ายกับการที่เกลียวแต่ละเส้นของสลิงกี้สัมผัสกันเมื่อคุณดึงปลายทั้งสองด้าน กระบวนการนี้เกิดขึ้นแม้จะมีความเครียดเพียงเล็กน้อย ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้เซ็นเซอร์มีความไวสูง ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์แบบยืดได้ที่มีความไวสูงในปัจจุบันซึ่งอาศัยวัสดุที่แปลกใหม่ เช่น ซิลิกอนหรือลวดนาโนสีทอง เซ็นเซอร์นี้ไม่จำเป็นต้องใช้เทคนิคพิเศษในการผลิตหรือแม้แต่ในห้องปลอดเชื้อ สามารถทำได้โดยใช้วัสดุที่นำไฟฟ้าได้ นักวิจัยได้ทดสอบความยืดหยุ่นของเซ็นเซอร์ด้วยการแทงด้วยมีดผ่าตัด ทุบด้วยค้อน ใช้รถทับ และโยนลงใน เครื่องซักผ้า 10 ครั้ง เซ็นเซอร์ออกจากการทดสอบแต่ละครั้งโดยไม่เสียหาย เพื่อแสดงให้เห็นถึงความไวของมัน นักวิจัยได้ฝังเซ็นเซอร์ไว้ในปลอกแขนผ้าและขอให้ผู้เข้าร่วมทำท่าทางต่างๆ ด้วยมือ เช่น กำปั้น กางฝ่ามือ และบีบมือ เซ็นเซอร์ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในกล้ามเนื้อปลายแขนของตัวอย่างผ่านเนื้อผ้า และอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องก็สามารถจำแนกท่าทางเหล่านี้ได้สำเร็จ "คุณสมบัติของความยืดหยุ่นและความทนทานเชิงกลเหล่านี้ทำให้เซ็นเซอร์นี้อยู่ในค่ายใหม่ทั้งหมด" Araromi กล่าว ปลอกดังกล่าวสามารถใช้ได้ในทุกสิ่ง ตั้งแต่การจำลองความเป็นจริงเสมือนและชุดกีฬา ไปจนถึงการวินิจฉัยทางคลินิกสำหรับโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท เช่น โรคพาร์กินสัน สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีของ Harvard ได้ยื่นฟ้องเพื่อปกป้องทรัพย์สินทางปัญญาที่เกี่ยวข้องกับโครงการนี้ Robert Wood ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ของ Charles River ที่ SEAS และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าวว่า "การรวมกันของความไวสูงและความยืดหยุ่นเป็นประโยชน์ที่ชัดเจนของเซ็นเซอร์ประเภทนี้ "แต่อีกแง่มุมหนึ่งที่ทำให้เทคโนโลยีนี้แตกต่างคือต้นทุนที่ต่ำของวัสดุส่วนประกอบและวิธีการประกอบ ซึ่งหวังว่าจะลดอุปสรรคในการทำให้เทคโนโลยีนี้แพร่หลายในสิ่งทออัจฉริยะและอื่นๆ" Conor Walsh ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ประยุกต์ของ Paul A. Maeder แห่ง SEAS และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวว่า "ขณะนี้เรากำลังสำรวจว่าเซ็นเซอร์นี้สามารถรวมเข้ากับเครื่องแต่งกายได้อย่างไร เนื่องจากมีส่วนต่อประสานที่ใกล้ชิดกับร่างกายมนุษย์" . "สิ่งนี้จะช่วยให้เกิดแอปพลิเคชันใหม่ที่น่าตื่นเต้นโดยสามารถทำการวัดทางชีวกลศาสตร์และสรีรวิทยาได้ตลอดทั้งวัน ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยแนวทางปัจจุบัน" งานวิจัยนี้ร่วมเขียนโดย Moritz A. Graule, Kristen L. Dorsey, Sam Castellanos, Jonathan R. Foster, Wen-Hao Hsu, Arthur E. Passy, ​​James C. Weaver, นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ SEAS และ Joost J. Vlassak ศาสตราจารย์ Abbott และ James Lawrence สาขาวิศวกรรมวัสดุแห่ง SEAS ได้รับทุนสนับสนุนจากพันธมิตรการวิจัยเชิงกลยุทธ์ของมหาวิทยาลัยกับทาทา พันธมิตรระยะเวลา 6 ปีมูลค่า 8.4 ล้านดอลลาร์ก่อตั้งขึ้นในปี 2559 เพื่อพัฒนานวัตกรรมของฮาร์วาร์ดในสาขาต่างๆ เช่น หุ่นยนต์ เทคโนโลยีที่สวมใส่ได้ และอินเทอร์เน็ตในทุกสิ่ง (IoT)